fysisk Geologi

alle de vigtige metamorfismeprocesser, som vi er bekendt med, kan være direkte relateret til geologiske processer forårsaget af pladetektonik. Forholdet mellem pladetektonik og metamorfisme er opsummeret i figur 7.14 og mere detaljeret i figur 7.15, 7.16, 7.17 og 7.19.

de fleste regionale metamorphism finder sted inden kontinentale skorpe. Mens klipper kan metamorfoseres i dybden i de fleste områder, er potentialet for metamorfisme størst i rødderne af bjergkæder, hvor der er stor sandsynlighed for begravelse af relativt ung sedimentær sten til store dybder, som afbildet i figur 7.15. Et eksempel ville være Himalaya-området. På denne kontinent-kontinent konvergerende grænse er sedimentære klipper både blevet skubbet op til store højder (næsten 9.000 m over havets overflade) og også begravet til store dybder. I betragtning af at den normale geotermiske gradient (stigningen i temperatur med dybde) er omkring 30 kg C pr.kilometer, kan sten begravet til 9 km under havets overflade i denne situation være tæt på 18 km under jordoverfladen, og det er rimeligt at forvente temperaturer op til 500 kg C. metamorfe klipper dannet der sandsynligvis vil blive folieret på grund af det stærke retningstryk fra konvergerende plader.

ved en oceanisk spredende højderyg, for nylig dannet oceanisk skorpe af gabbro og basalt bevæger sig langsomt væk fra pladegrænsen (figur 7.16). Vand i skorpen tvinges til at stige i området tæt på kilden til vulkansk varme, og dette trækker mere vand ind længere ude, hvilket til sidst skaber et konvektivt system, hvor koldt havvand trækkes ind i skorpen og derefter ud igen på havbunden nær højderyggen. Passagen af dette vand gennem den oceaniske skorpe ved 200 liter til 300 liter C fremmer metamorfe reaktioner, der ændrer den oprindelige pyroksen i klippen til chlorit og serpentin. Fordi denne metamorfisme finder sted ved temperaturer langt under den temperatur, hvor klippen oprindeligt dannede sig (~1200 liter C), er den kendt som retrograd metamorfisme. Klippen, der dannes på denne måde, er kendt som greenstone, hvis den ikke er folieret, eller greenschist, hvis den er. Chlorit ((Mg5Al) (AlSi3)O10(OH)8) og serpentin ((Mg, Fe)3si2o5 (OH)4) er begge “hydratiserede mineraler”, hvilket betyder, at de har vand (som OH) i deres kemiske formler. Når metamorfoseret havskorpe senere subduceres, omdannes chlorit og serpentin til nye ikke-vandige mineraler (f. eks. vand, der frigives, migrerer ind i den overliggende kappe, hvor det bidrager til smeltning af strømmen (Kapitel 3, afsnit 3.2).

ved en subduktionssone tvinges oceanisk skorpe ned i den varme kappe. Men fordi den oceaniske skorpe nu er relativt kølig, især langs dens havbundens overflade, opvarmes den ikke hurtigt, og den subducerende sten forbliver flere hundrede grader køligere end den omgivende kappe (figur 7.17). En særlig type metamorfisme finder sted under disse meget højt tryk, men relativt lave temperaturforhold, der producerer et amfibolmineral kendt som glaucophane (Na2(Mg3Al2)Si8O22(OH)2), som er blå i farve og er en vigtig komponent i en klippe kendt som blueschist.

hvis du aldrig har set eller endda hørt om blueschist, er det ikke overraskende. Hvad der er overraskende er, at nogen har set det! De fleste blueschist former i subduktionsområder, fortsætter med at blive subduceret, bliver til eclogit på omkring 35 km dybde, og så til sidst synker dybt ind i kappen — aldrig at blive set igen. Kun få steder i verden, hvor subduktionsprocessen er blevet afbrudt af en eller anden tektonisk proces, har delvist subduceret blueschist-sten vendt tilbage til overfladen. Et sådant sted er området omkring San Francisco; klippen er kendt som Det Franciskanske kompleks (figur 7.18).

Magma produceres ved konvergerende grænser og stiger mod overfladen, hvor den kan danne magma-kroppe i den øverste del af skorpen. Sådanne magma-kroppe opvarmer den omgivende klippe ved temperaturer på omkring 1000 liter C, hvilket fører til kontaktmetamorfisme (figur 7.19). Fordi dette sker på relativt lave dybder, i fravær af rettet tryk, udvikler den resulterende sten normalt ikke foliering. Kontaktområdet metamorfisme omkring en indtrængen er meget lille (typisk meter til tiere meter) sammenlignet med omfanget af regional metamorfisme i andre omgivelser (titusinder af kvadratkilometer).

Regional metamorfisme finder også sted inden for vulkansk-bue bjergkæder, og på grund af den ekstra varme, der er forbundet med vulkanismen, er den geotermiske gradient typisk lidt stejlere i disse indstillinger (et sted mellem 40 og 50 liter C/km). Som et resultat kan højere grader af metamorfisme finde sted tættere på overfladen end tilfældet er i andre områder (figur 7.19).

en anden måde at forstå metamorfisme på er ved at bruge et diagram, der viser temperatur på den ene akse og dybde (hvilket svarer til tryk) på den anden (figur 7.20). De tre tunge stiplede linjer på dette diagram repræsenterer jordens geotermiske gradienter under forskellige forhold. I de fleste områder er stigningen i temperatur med dybde 30 liter C/km. Med andre ord, hvis du går 1.000 m ned i en mine, vil temperaturen være omtrent 30 liter C varmere end gennemsnitstemperaturen på overfladen. I de fleste dele af det sydlige Canada er den gennemsnitlige overfladetemperatur omkring 10 liter C, så ved 1.000 m dybde vil den være omkring 40 liter C. Det er ubehageligt varmt, så dybe miner skal have effektive ventilationssystemer. Denne typiske geotermiske gradient er vist med den grønne stiplede linje i figur 7.20. Ved 10 km dybde er temperaturen omkring 300 liter C og ved 20 km er den omkring 600 liter C.

i vulkanske områder er den geotermiske gradient mere som 40 liter til 50 liter C/km, så temperaturen på 10 km dybde er i området 400 liter til 500 liter C. Langs subduktionsområder, som beskrevet ovenfor, holder den kolde oceaniske skorpe temperaturerne lave, så gradienten er typisk mindre end 10 liter C/km. De forskellige typer metamorfisme beskrevet ovenfor er repræsenteret i figur 7.20 med de samme bogstaver (A til e), der anvendes i figur 7.14 til 7.17 og 7.19.

hvis vi for eksempel ser på regional metamorfisme i områder med typiske geotermiske gradienter, kan vi se, at nedgravning i området 5 km til 10 km sætter os i mineralsk-og lerområdet (se figur 7.20), hvilket svarer til dannelsen af skifer. Ved 10 km til 15 km er vi i greenschistområdet (hvor chlorit ville danne sig i mafisk vulkansk sten) og meget fin micas form i mudrock for at producere phyllit. Ved 15 km til 20 km dannes større micas for at producere skist og ved 20 km til 25 km amfibol, feltspat og kvartsform for at producere gnejs. Ud over 25 km dybde i denne indstilling krydser vi den delvise smeltelinie for granit (eller gnejs) med vand til stede, og så kan vi forvente, at migmatit dannes.