Fysisk Geologi

Alle viktige prosesser av metamorfisme som vi er kjent med kan være direkte relatert til geologiske prosesser forårsaket av platetektonikk. Forholdet mellom platetektonikk og metamorfisme er oppsummert i Figur 7.14, og mer detaljert i Figur 7.15, 7.16, 7.17 og 7.19.

de fleste regionale metamorfose foregår innenfor kontinental skorpe. Mens bergarter kan bli omdannet i dybden i de fleste områder, er potensialet for metamorfisme størst i røttene til fjellkjeder hvor det er stor sannsynlighet for begravelse av relativt ung sedimentær stein til store dyp, som vist i Figur 7.15. Et eksempel er Himalaya-Området. På denne kontinentets konvergente grense har sedimentære bergarter både blitt presset opp til store høyder (nesten 9000 m over havet) og også begravet til store dyp. Tatt i betraktning at den normale geotermiske gradienten (stigningstakten i temperatur med dybde) er rundt 30 hryvnias c per kilometer, kan stein begravet til 9 km under havnivå i denne situasjonen være nær 18 km under overflaten av bakken, og det er rimelig å forvente temperaturer opp til 500 hryvnias C. Metamorfe bergarter dannet der vil sannsynligvis bli foliert på grunn av det sterke retningstrykket av konvergerende plater.

Ved en oseanisk spredningsrygg beveger den nylig dannede havskorpen av gabbro og basalt seg sakte bort fra plategrensen (Figur 7.16). Vann i skorpen tvinges til å stige i området nær kilden til vulkansk varme, og dette trekker mer vann inn fra lenger ut, noe som til slutt skaper et konvektivt system hvor kaldt sjøvann trekkes inn i skorpen og deretter ut igjen på havbunnen nær ryggen. Passasjen av dette vannet gjennom havskorpen ved 200° til 300°c fremmer metamorfe reaksjoner som forandrer det opprinnelige pyroksen i fjellet til kloritt og serpentin. Fordi denne metamorfismen finner sted ved temperaturer godt under temperaturen der steinen opprinnelig ble dannet (~1200°C), er den kjent som retrograd metamorfisme. Steinen som dannes på denne måten er kjent som greenstone hvis den ikke er foliert, eller greenschist hvis den er. Kloritt ((Mg5Al) (AlSi3) O10 (OH) 8) og serpentin ((Mg, Fe)3Si2O5 (OH)4) er begge «hydrerte mineraler» som betyr at de har vann (SOM OH) i deres kjemiske formler. Når metamorphosed havskorpen senere subdukteres, blir kloritt og serpentin omdannet til nye ikke-hydrous mineraler (f. eks., granat og pyroksen) og vannet som slippes ut migrerer inn i overliggende mantelen, hvor det bidrar til fluks smelting (Kapittel 3, avsnitt 3.2).

ved en subduksjonssone blir havskorpen tvunget ned i den varme mantelen. Men fordi havskorpen nå er relativt kjølig, spesielt langs havbunnens øvre overflate, varmes den ikke opp raskt, og den subdukterende steinen forblir flere hundre grader kjøligere enn den omkringliggende mantelen (Figur 7.17). En spesiell type metamorfose finner sted under disse svært høytrykks, men relativt lave temperaturforholdene, og produserer et amfibolmineral kjent som glaucophane (Na2(Mg3al2)Si8O22(OH)2), som er blå i fargen, og er en viktig komponent i en stein kjent som blueschist.

hvis du aldri har sett eller hørt om blueschist, er det ikke overraskende. Det som er overraskende er at noen har sett det! De fleste blueschist former i subduksjonssoner, fortsetter å bli subduktert, blir til eklogitt på omtrent 35 km dybde, og synker til slutt dypt inn i mantelen — aldri å bli sett igjen. På bare noen få steder i verden, hvor subduksjonsprosessen har blitt avbrutt av en tektonisk prosess, har delvis subduktert blueschist rock returnert til overflaten. Et slikt sted er området Rundt San Francisco; klippen er kjent som Fransiskanerkomplekset (Figur 7.18).

Magma produseres ved konvergente grenser og stiger mot overflaten, hvor den kan danne magmalegemer i den øvre delen av skorpen. Slike magmalegemer, ved temperaturer på rundt 1000°C, oppvarmer den omkringliggende steinen, noe som fører til kontaktmetamorfisme (Figur 7.19). Fordi dette skjer på relativt grunne dyp, i fravær av rettet trykk, utvikler den resulterende steinen normalt ikke foliasjon. Sonen av kontaktmetamorfisme rundt en inntrenging er svært liten (vanligvis meter til titalls meter) sammenlignet med omfanget av regional metamorfisme i andre innstillinger (titusenvis av kvadratkilometer).

Regional metamorfisme foregår også innenfor vulkanbue fjellkjeder, og på grunn av den ekstra varmen som er forbundet med vulkanismen, er den geotermiske gradienten vanligvis litt brattere i disse innstillingene (et sted mellom 40° Og 50°C/km). Som et resultat kan høyere grad av metamorfisme finne sted nærmere overflaten enn det som er tilfelle i andre områder (Figur 7.19).

En annen måte å forstå metamorfisme på er å bruke et diagram som viser temperatur på en akse og dybde (som tilsvarer trykk) på den Andre (Figur 7.20). De tre tunge stiplede linjene på dette diagrammet representerer Jordens geotermiske gradienter under forskjellige forhold. På de fleste områder er temperaturøkningen med dybde 30°C / km. Med andre ord, hvis du går 1000 m ned i en gruve, vil temperaturen være omtrent 30°C varmere enn gjennomsnittstemperaturen på overflaten. I de fleste deler av sør-Canada er gjennomsnittlig overflatetemperatur omtrent 10°C, så på 1000 m dybde vil det være omtrent 40°C. det er ubehagelig varmt, så dype gruver må ha effektive ventilasjonssystemer. Denne typiske geotermiske gradienten er vist med den grønne stiplede linjen I Figur 7.20. På 10 km dybde er temperaturen omtrent 300°C og på 20 km er det omtrent 600°C.

I vulkanske områder er den geotermiske gradienten mer som 40° til 50°C/km, så temperaturen på 10 km dybde er i området 400° til 500°C. Langs subduksjonssoner, som beskrevet ovenfor, holder den kalde havskorpen temperaturen lav, så gradienten er vanligvis mindre enn 10°C / km. De forskjellige typer metamorfose beskrevet ovenfor er representert i Figur 7.20 med de samme bokstavene (a til e) som brukes i Figurene 7.14 til 7.17 og 7.19.

for eksempel, hvis vi ser på regional metamorfisme i områder med typiske geotermiske gradienter, kan vi se at begravelse i 5 km til 10 km-området setter oss i zeolitt-og leirmineralsonen (Se Figur 7.20), som tilsvarer dannelsen av skifer. På 10 km til 15 km er vi i greenschist-sonen (hvor kloritt ville danne seg i mafisk vulkansk stein) og veldig fine micas dannes i mudrock, for å produsere phyllite. På 15 km til 20 km dannes større micas for å produsere skifer, og på 20 km til 25 km amfibol, feldspar og kvartsform for å produsere gneis. Utover 25 km dybde i denne innstillingen krysser vi den delvise smeltelinjen for granitt (eller gneis) med vann til stede, og så kan vi forvente migmatitt å danne.