fizikai Geológia

a metamorfizmus minden általunk ismert fontos folyamata közvetlenül kapcsolódhat a lemeztektonika által okozott geológiai folyamatokhoz. A lemeztektonika és a metamorfizmus közötti összefüggéseket a 7.14.ábra foglalja össze, és részletesebben a 7.15., 7.16., 7.17. és 7.19. ábrán.

a legtöbb regionális metamorfizmus a kontinentális kéregben zajlik. Míg a kőzetek a legtöbb területen mélységben metamorfizálhatók, a metamorfizmus lehetősége a hegyláncok gyökereiben a legnagyobb, ahol nagy a valószínűsége annak, hogy viszonylag fiatal üledékes kőzetek nagy mélységbe temetkeznek, amint azt a 7.15.ábra mutatja. Példa erre a Himalája tartomány. Ezen a kontinens-kontinens konvergens határon az üledékes kőzeteket mind nagy magasságokba (közel 9000 m tengerszint feletti magasságba), mind pedig nagy mélységekbe temették el. Figyelembe véve, hogy a normál geotermikus gradiens (a hőmérséklet emelkedésének mértéke a mélységgel) körülbelül 30 ft / km, a 9 km-re a tengerszint alatt eltemetett kőzet ebben a helyzetben közel 18 km-rel lehet a talaj felszíne alatt, és ésszerű elvárni, hogy a hőmérséklet akár 500 Ft / C. az ott képződött metamorf kőzetek valószínűleg folizálódnak a konvergáló lemezek erős iránynyomása miatt.

egy óceáni elterjedési gerincen, a közelmúltban kialakult óceáni kéreg gabbro és bazalt lassan távolodik a lemez határától (7.16 ábra). A kéregben lévő víz kénytelen emelkedni a vulkáni hőforráshoz közeli területen, és ez több vizet von be messzebb, ami végül konvektív rendszert hoz létre, ahol hideg tengervizet vonnak be a kéregbe, majd ismét a hegygerinc közelében lévő tengerfenékre. Ennek a víznek az áthaladása az óceáni kéregen 200-300 C között elősegíti a metamorf reakciókat, amelyek a kőzetben lévő eredeti piroxént kloritra és szerpentinre változtatják. Mivel ez a metamorfizmus jóval alacsonyabb hőmérsékleten megy végbe, mint a kőzet eredetileg kialakult hőmérséklete (~1200 C), retrográd metamorfizmusnak nevezik. Az így kialakuló kőzet greenstone néven ismert, ha nem lombos, vagy greenschist, ha igen. A klorit ((Mg5Al) (AlSi3)O10 (OH) 8)és a szerpentin ((Mg, Fe)3Si2O5 (OH) 4) mindkettő “hidratált ásványi anyag”, ami azt jelenti, hogy kémiai képletükben víz (OH) van. Amikor a metamorfizált óceáni kéreg később szubduktálódik, a klorit és a szerpentin új, nem vizes ásványokká alakul (pl., gránát és piroxén) és a felszabaduló víz a fedőköpenybe vándorol, ahol hozzájárul a fluxus olvadásához (3.fejezet, 3.2. szakasz).

egy szubdukciós zónában az óceáni kéreg a forró köpenybe kényszerül. De mivel az óceáni kéreg most viszonylag hűvös, különösen a tengerfenék felső felszínén, nem melegszik fel gyorsan, és a szubduktív kőzet több száz fokkal hűvösebb marad, mint a környező köpeny (7.17.ábra). A metamorfizmus egy speciális típusa zajlik ezekben a nagyon magas nyomású, de viszonylag alacsony hőmérsékletű körülmények között, amfibol ásvány néven ismert glaucophane (Na2(Mg3Al2)Si8O22(OH)2), amely kék színű, és a blueschist néven ismert kőzet fő alkotóeleme.

ha még soha nem látott vagy hallott blueschist, ez nem meglepő. Ami meglepő, hogy bárki látta! A legtöbb blueschist szubdukciós zónákban alakul ki, továbbra is szubduktálódik, körülbelül 35 km mélységben eclogittá alakul, majd végül mélyen belemerül a köpenybe — soha többé nem látják. A világon csak néhány helyen, ahol a szubdukciós folyamatot valamilyen tektonikus folyamat megszakította, részben szubdukált blueschist kőzet visszatért a felszínre. Az egyik ilyen hely a környék San Francisco; a szikla néven ismert Ferences komplexum (7.18 ábra).

a magma konvergens határokon keletkezik, és a felszín felé emelkedik, ahol magmatest képződhet a kéreg felső részén. Az ilyen magmatestek körülbelül 1000 C hőmérsékleten felmelegítik a környező kőzetet, ami érintkezési metamorfizmushoz vezet (7.19.ábra). Mivel ez viszonylag sekély mélységben történik, irányított nyomás hiányában a keletkező kőzet általában nem alakul ki foliáció. A behatolás körüli érintkezési metamorfizmus zónája nagyon kicsi (jellemzően métertől tíz méterig), összehasonlítva a regionális metamorfizmus mértékével más körülmények között (több tízezer négyzetkilométer).

a regionális metamorfizmus a vulkanikus ívű hegyvonulatokon belül is zajlik, és a vulkanizmushoz kapcsolódó extra hő miatt a geotermikus gradiens jellemzően kissé meredekebb ezekben a környezetben (valahol 40-50 C/km között). Ennek eredményeként a metamorfizmus magasabb fokozatai a felszínhez közelebb kerülhetnek, mint más területeken (7.19.ábra).

a metamorfizmus megértésének másik módja egy olyan diagram használata, amely az egyik tengelyen a hőmérsékletet, a másikon a mélységet (ami egyenértékű a nyomással) mutatja (7.20 ábra). A diagram három nehéz pontozott vonala a Föld geotermikus gradienseit ábrázolja különböző körülmények között. A legtöbb területen a hőmérséklet mélységének növekedési üteme 30 db C/km. Más szavakkal, ha 1000 m-rel lejjebb megyünk egy bányába, a hőmérséklet nagyjából 30 Celsius-fokkal melegebb lesz, mint a felszíni átlaghőmérséklet. Dél-Kanada legtöbb részén az átlagos felszíni hőmérséklet körülbelül 10 Celsius-fok, tehát 1000 m mélységben körülbelül 40 Celsius-fok lesz.ez kényelmetlenül meleg, ezért a mély bányáknak hatékony szellőztető rendszerekkel kell rendelkezniük. Ezt a tipikus geotermikus gradienst a 7.20.ábrán látható zöld szaggatott vonal mutatja. 10 km mélységben a hőmérséklet körülbelül 300 C, 20 km-en pedig körülbelül 600 C.

a vulkanikus területeken a geotermikus gradiens inkább 40-50 kb/km, így a hőmérséklet 10 km mélységben a 400-500 kb tartományban van. A szubdukciós zónák mentén, amint azt fentebb leírtuk, a hideg óceáni kéreg alacsonyan tartja a hőmérsékletet, így a gradiens általában kevesebb, mint 10 ft/km. A fent leírt metamorfizmus különböző típusait a 7.20.ábra a 7.14-7.17. és 7.19. ábrán használt azonos betűkkel (a-tól e-ig) mutatja be.

például, ha megnézzük a regionális metamorfizmust a tipikus geotermikus gradiensekkel rendelkező területeken, láthatjuk, hogy az 5-10 km-es tartományban történő temetkezés a zeolit és agyag ásványi zónába vezet (lásd 7.20.ábra), ami egyenértékű a pala képződésével. 10-15 km-re a greenschist zónában vagyunk (ahol a kloritok a mafikus vulkáni kőzetben képződnek), és nagyon finom mikák alakulnak ki a mudrockban, hogy filitet termeljenek. 15 km-től 20 km-ig nagyobb micák alakulnak ki a pala előállításához, 20 km-től 25 km-ig amfibol, földpát és kvarc formában a gneisz előállításához. Ebben a környezetben a 25 km mélységen túl a gránit (vagy gneisz) részleges olvadási vonalát vízzel átlépjük, így migmatit képződésére számíthatunk.