fysikaalinen Geologia

kaikki tuntemamme tärkeät metamorfismin prosessit voivat liittyä suoraan laattatektoniikan aiheuttamiin geologisiin prosesseihin. Laattatektoniikan ja metamorfismin väliset suhteet on koottu kuvioon 7.14 ja tarkemmin kuviin 7.15, 7.16, 7.17 ja 7.19.

suurin osa alueellisesta metamorfismista tapahtuu mannerkuoren sisällä. Vaikka kalliot voivat metamorfoitua syvyydessä useimmilla alueilla, metamorfismipotentiaali on suurin vuorijonojen juurissa, joissa suhteellisen nuoren sedimenttikiven hautaaminen hyvin syvälle on hyvin todennäköistä, kuten kuvassa 7.15 esitetään. Esimerkkinä voisi mainita Himalajan vuorijonon. Tällä mantereen ja mantereen yhtyvällä rajalla sedimenttikivet ovat sekä työntyneet suuriin korkeuksiin (lähes 9000 m merenpinnan yläpuolelle) että myös hautautuneet syvälle. Ottaen huomioon, että normaali geoterminen gradientti (lämpötilan nousu syvyydellä) on noin 30°C per kilometri, 9 km merenpinnan alapuolella oleva kivi voisi tässä tilanteessa olla lähellä 18 km maanpinnan alapuolella, ja on kohtuullista odottaa jopa 500°C: n lämpötiloja.metamorfiset kivilajit, jotka muodostuvat siellä, ovat todennäköisesti folioidut, koska voimakas suuntapaine yhtyvät levyt.

valtamerellä leviävällä harjanteella hiljattain muodostunut gabron ja basaltin valtamerten kuori liikkuu hitaasti poispäin laatan rajasta (Kuva 7.16). Maankuoren sisällä oleva vesi joutuu nousemaan vulkaanisen lämmön lähteen lähellä, ja tämä vetää enemmän vettä sisään kauempaa, mikä lopulta luo konvektiivisen järjestelmän, jossa kylmä merivesi johdetaan kuoreen ja sieltä edelleen merenpohjaan harjanteen lähelle. Tämän veden kulkeutuminen valtameren kuoren läpi 200-300° C: n lämpötilassa edistää metamorfisia reaktioita, jotka muuttavat kiven alkuperäisen pyrokseenin kloriitiksi ja serpentiiniksi. Koska tämä metamorfismi tapahtuu lämpötilassa, joka on selvästi alhaisempi kuin lämpötila, jossa kivi on alun perin muodostunut (~1200°c), sitä kutsutaan retrogradiseksi metamorfismiksi. Tällä tavalla muodostuva kivi tunnetaan nimellä greenstone, jos se ei ole folioitu, tai greenschist, jos se on. Kloriitti ((Mg5Al) (AlSi3)O10(OH)8) ja serpentiini ((Mg, Fe)3si2o5 (OH)4) ovat molemmat ”hydratoituja mineraaleja” eli niiden kemiallisissa kaavoissa on vettä (Oh). Kun metamorfoitunut valtameren kuori myöhemmin subduktioituu, kloriitti ja serpentiini muuttuvat uusiksi ei-vetisiksi mineraaleiksi (esim., granaatti ja pyrokseeni) ja vapautuva vesi kulkeutuu päällysvaippaan, jossa se edistää vuon sulamista (3 luvun 3.2 jakso).

subduktiovyöhykkeellä valtamerten kuori painuu alas kuumaan vaippaan. Mutta koska valtamerten kuori on nyt suhteellisen viileä, erityisesti sen merenpohjan yläpinnalla, se ei lämpene nopeasti, ja subduktiivinen kivi pysyy useita satoja asteita viileämpänä kuin ympäröivä vaippa (Kuva 7.17). Erityinen metamorfismi tapahtuu näissä hyvin korkeapaineisissa mutta suhteellisen matalissa lämpötiloissa, jolloin syntyy glaukofaanina tunnettu amfibolimineraali (Na2(Mg3Al2)Si8O22(OH)2), joka on väriltään sininen ja on blueschist-nimisen kiven pääkomponentti.

jos et ole koskaan nähnyt tai edes kuullut blueschististä, se ei yllätä. Yllättävää on, että joku on nähnyt sen! Useimmat blueschist muodostuu subduktiovyöhykkeillä, muuttuu edelleen eklogiitiksi noin 35 km: n syvyydessä ja lopulta vajoaa syvälle vaippaan — ei enää koskaan. Vain muutamassa paikassa maailmassa, jossa subduktio prosessi on keskeytynyt jonkin tektoninen prosessi, on osittain subduktiivinen blueschist rock palannut pinnalle. Yksi tällainen paikka on San Franciscon ympäristö; Kallio tunnetaan Fransiskaanikompleksina (Kuva 7.18).

Magma syntyy konvergenteilla rajoilla ja nousee kohti pintaa, jossa se voi muodostaa magmakappaleita kuoren yläosaan. Tällaiset magmakappaleet noin 1000°C: n lämpötilassa kuumentavat ympäröivää kiveä, mikä johtaa kosketusmetamorfismiin (Kuva 7.19). Koska tämä tapahtuu suhteellisen matalissa syvyyksissä, suunnatun paineen puuttuessa tuloksena oleva kivi ei tavallisesti kehitä foliaatiota. Kosketusmetamorfismin vyöhyke intruusion ympärillä on hyvin pieni (tyypillisesti metreistä kymmeniin metreihin) verrattuna alueellisen metamorfismin laajuuteen muissa ympäristöissä (kymmeniä tuhansia neliökilometrejä).

alueellista metamorfismia tapahtuu myös vulkaanisten kaarivuoristojen sisällä, ja vulkaanisuuteen liittyvän ylimääräisen lämmön vuoksi geoterminen gradientti on näissä olosuhteissa tyypillisesti hieman jyrkempi (40-50° C/km). Tämän seurauksena metamorfismi voi tapahtua lähempänä pintaa kuin muilla alueilla (Kuva 7.19).

toinen tapa ymmärtää metamorfismia on käyttää diagrammia, joka näyttää toisella akselilla lämpötilan ja toisella syvyyden (joka vastaa painetta) (Kuva 7.20). Tämän kaavion kolme raskasta katkoviivaa kuvaavat maan geotermistä kaltevuutta eri olosuhteissa. Useimmilla alueilla lämpötilan nousunopeus syvyyden kanssa on 30°C / km. Toisin sanoen, jos menee 1 000 metriä alas kaivokseen, lämpötila on noin 30°C lämpimämpi kuin pinnan keskilämpötila. Suurimmassa osassa Etelä-Kanadaa keskimääräinen pintalämpötila on noin 10°C, joten 1 000 metrin syvyydessä se on noin 40°C. Se on epämukavan kuuma, joten syvissä kaivoksissa on oltava tehokkaat Ilmanvaihtojärjestelmät. Tämä tyypillinen maalämpögradientti näkyy vihreänä katkoviivana Kuvassa 7.20. 10 km: n syvyydessä lämpötila on noin 300°C ja 20 km: ssä noin 600°C.

vulkaanisilla alueilla geoterminen gradientti on enemmänkin 40-50°C / km, joten lämpötila 10 km: n syvyydessä on 400-500° C: n alueella. Subduktiovyöhykkeillä, kuten edellä on kuvattu, meren kylmä kuori pitää lämpötilat matalina, joten gradientti on tyypillisesti alle 10°c/km. Edellä kuvatut metamorfismin eri tyypit esitetään kuvassa 7.20 samoilla kirjaimilla (A-e), joita käytetään kuvissa 7.14-7.17 ja 7.19.

esimerkiksi, jos tarkastelemme alueellista metamorfismia alueilla, joilla on tyypillisiä geotermisiä gradientteja, voimme nähdä, että hautaaminen 5-10 km: n alueella asettaa meidät zeoliitti-ja savimineraalivyöhykkeelle (KS.Kuva 7.20), mikä vastaa liuskekiven muodostumista. 10-15 kilometrin kohdalla olemme greenschist-vyöhykkeellä (jossa kloriitti muodostuisi mafiseen vulkaaniseen kiveen) ja erittäin hienojakoista kiillettä muodostuu mudrockissa fylliitin tuottamiseksi. 15-20 km: n korkeudessa suuremmat kiillemassat muodostavat skistiä ja 20-25 km: n korkeudessa amfibolia, maasälpää ja kvartsimuodostumia gneissiä tuottaen. Yli 25 km: n syvyydessä tässä ympäristössä ylitämme graniitin (tai gneissin) osittaisen sulamisviivan veden läsnä ollessa, joten voimme odottaa migmatiitin muodostuvan.