Geologie fizică

toate procesele importante ale metamorfismului cu care suntem familiarizați pot fi direct legate de procesele geologice cauzate de tectonica plăcilor. Relațiile dintre tectonica plăcilor și metamorfism sunt rezumate în figura 7.14 și mai detaliat în figurile 7.15, 7.16, 7.17 și 7.19.

majoritatea metamorfismului regional are loc în interiorul scoarței continentale. În timp ce rocile pot fi metamorfozate la adâncime în majoritatea zonelor, potențialul de metamorfism este cel mai mare în rădăcinile lanțurilor montane unde există o probabilitate puternică de îngropare a rocilor sedimentare relativ tinere la adâncimi mari, așa cum este descris în figura 7.15. Un exemplu ar fi gama Himalaya. La această graniță convergentă continent-continent, rocile sedimentare au fost atât împinse până la înălțimi mari (aproape 9.000 m deasupra nivelului mării), cât și îngropate la adâncimi mari. Având în vedere că gradientul geotermal normal (rata de creștere a temperaturii cu adâncimea) este de aproximativ 30 de metri cubi pe kilometru, roca îngropată la 9 km sub nivelul mării în această situație ar putea fi aproape de 18 km sub suprafața solului și este rezonabil să se aștepte temperaturi de până la 500 de metri cubi C. rocile metamorfice formate acolo sunt susceptibile de a fi foliate din cauza presiunii direcționale puternice a plăcilor convergente.

la o creastă de răspândire oceanică, crusta oceanică formată recent de gabbro și bazalt se îndepărtează încet de limita plăcii (figura 7.16). Apa din crustă este forțată să se ridice în zona apropiată de sursa de căldură vulcanică, iar acest lucru atrage mai multă apă din afară, ceea ce creează în cele din urmă un sistem convectiv în care apa de mare rece este atrasă în crustă și apoi din nou pe fundul mării lângă creastă. Trecerea acestei ape prin scoarța oceanică de la 200 la 300 la 300 la sută la sută promovează reacții metamorfice care schimbă piroxenul original din rocă în clorit și serpentină. Deoarece acest metamorfism are loc la temperaturi cu mult sub temperatura la care s-a format inițial roca (~1200 XQT), este cunoscut sub numele de metamorfism retrograd. Roca care se formează în acest fel este cunoscută sub numele de greenstone dacă nu este foliată sau greenschist dacă este. Cloritul ((Mg5Al) (AlSi3)O10 (OH) 8)și serpentina ((Mg, Fe)3Si2O5 (OH) 4) sunt ambele „minerale hidratate”, ceea ce înseamnă că au apă (ca OH) în formulele lor chimice. Când crusta oceanică metamorfozată este subductată ulterior, cloritul și serpentina sunt transformate în noi minerale nehidrice (de ex., Granat și piroxen) și apa care este eliberată migrează în mantaua superioară, unde contribuie la topirea fluxului (Capitolul 3, secțiunea 3.2).

la o zonă de subducție, crusta oceanică este forțată să coboare în mantaua fierbinte. Dar, deoarece crusta oceanică este acum relativ rece, în special de-a lungul suprafeței superioare a fundului mării, nu se încălzește rapid, iar roca subductivă rămâne cu câteva sute de grade mai rece decât mantaua înconjurătoare (figura 7.17). Un tip special de metamorfism are loc în aceste condiții de presiune foarte ridicată, dar relativ scăzute, producând un mineral amfibol cunoscut sub numele de glaucofan (Na2(Mg3Al2)Si8O22(OH)2), Care este de culoare albastră și este o componentă majoră a unei roci cunoscute sub numele de blueschist.

dacă nu ați văzut sau chiar auzit de blueschist, nu este surprinzător. Ceea ce este surprinzător este că oricine a văzut-o! Cele mai multe forme blueschist în zonele de subducție, continuă să fie subductate, se transformă în eclogit la aproximativ 35 km adâncime și apoi se scufundă în cele din urmă adânc în manta — pentru a nu mai fi văzut niciodată. În doar câteva locuri din lume, unde procesul de subducție a fost întrerupt de un anumit proces tectonic, a subductat parțial roca albastră a revenit la suprafață. Un astfel de loc este zona din jurul San Francisco; stânca este cunoscută sub numele de Complexul Franciscan (figura 7.18).

Magma este produsă la limite convergente și se ridică spre suprafață, unde poate forma corpuri de magmă în partea superioară a crustei. Astfel de corpuri de magmă, la temperaturi de aproximativ 1000 XCC, încălzesc roca din jur, ducând la metamorfism de contact (figura 7.19). Deoarece acest lucru se întâmplă la adâncimi relativ mici, în absența presiunii direcționate, roca rezultată nu dezvoltă în mod normal foliere. Zona metamorfismului de contact din jurul unei intruziuni este foarte mică (de obicei metri până la zeci de metri) în comparație cu amploarea metamorfismului regional în alte setări (zeci de mii de kilometri pătrați).

metamorfismul Regional are loc și în lanțurile muntoase cu arc vulcanic și, din cauza căldurii suplimentare asociate cu vulcanismul, gradientul geotermal este de obicei puțin mai abrupt în aceste setări (undeva între 40 și 50 de centimetri C/km). Ca urmare, grade mai mari de metamorfism pot avea loc mai aproape de suprafață decât este cazul în alte zone (figura 7.19).

un alt mod de a înțelege metamorfismul este folosind o diagramă care arată temperatura pe o axă și adâncimea (care este echivalentă cu presiunea) pe cealaltă (figura 7.20). Cele trei linii punctate grele de pe această diagramă reprezintă gradienții geotermali ai Pământului în condiții diferite. În cele mai multe zone, rata de creștere a temperaturii cu adâncimea este de 30 de centi/km. Cu alte cuvinte, dacă mergeți cu 1.000 m în jos într-o mină, temperatura va fi cu aproximativ 30 de centimetrii mai caldă decât temperatura medie de la suprafață. În cele mai multe părți din sudul Canadei, temperatura medie a suprafeței este de aproximativ 10 centimetrii, deci la adâncimea de 1.000 m, va fi de aproximativ 40 centimetrii. Acest gradient geotermal tipic este prezentat de linia punctată verde din Figura 7.20. La 10 km adancime, temperatura este de aproximativ 300 de centimetrii, iar la 20 de centimetrii este de aproximativ 600 de centimetrii.

În zone vulcanice, geotermale gradient este mai mult ca 40° la 50°C/km, astfel încât temperatura la 10 km adâncime este la 400° la 500°C gama. De-a lungul zonelor de subducție, așa cum s-a descris mai sus, crusta oceanică rece menține temperaturile scăzute, astfel încât gradientul este de obicei mai mic de 10 ct/km. Diferitele tipuri de metamorfism descrise mai sus sunt reprezentate în figura 7.20 cu aceleași litere (de la A la e) utilizate în figurile 7.14-7.17 și 7.19.

de exemplu, dacă ne uităm la metamorfismul regional în zonele cu gradienți geotermali tipici, putem vedea că îngroparea în intervalul de la 5 km la 10 km ne plasează în zona minerală zeolită și argiloasă (vezi figura 7.20), care este echivalentă cu formarea ardeziei. La 10 km până la 15 km, ne aflăm în zona greenschistă (unde cloritul s-ar forma în roca vulcanică mafică) și se formează mici foarte fine în mudrock, pentru a produce filit. La 15 km până la 20 km, se formează mici mai mari pentru a produce șist, iar la 20 km până la 25 km amfibol, feldspat și cuarț pentru a produce gnais. Dincolo de adâncimea de 25 km în acest cadru, traversăm linia de topire parțială pentru granit (sau gnais) cu apă prezentă și astfel ne putem aștepta la formarea migmatitei.