Geologia fizyczna

wszystkie ważne procesy metamorfizmu, które znamy, mogą być bezpośrednio związane z procesami geologicznymi spowodowanymi przez tektonika płyt. Relacje między tektoniką płyt a metamorfizmem podsumowano na rysunku 7.14, a bardziej szczegółowo na rysunkach 7.15, 7.16, 7.17 i 7.19.

Większość metamorfizmu Regionalnego odbywa się w obrębie skorupy kontynentalnej. Podczas gdy skały mogą być metamorfozowane na głębokości w większości obszarów, potencjał metamorfizmu jest największy w korzeniach pasm górskich, gdzie istnieje duże prawdopodobieństwo pochówku stosunkowo młodych skał osadowych na dużych głębokościach, jak pokazano na rysunku 7.15. Przykładem może być Pasmo Himalajów. Na tej zbieżnej granicy między kontynentem a kontynentem skały osadowe zostały zarówno wypchnięte na duże wysokości (prawie 9000 m n. p. m.), jak i zakopane na wielkie głębokości. Biorąc pod uwagę, że normalny gradient geotermalny (tempo wzrostu temperatury wraz z głębokością) wynosi około 30°C na kilometr, skała zakopana do 9 km poniżej poziomu morza w tej sytuacji może znajdować się blisko 18 km pod powierzchnią ziemi i rozsądne jest oczekiwanie temperatur do 500°C. skały metamorficzne utworzone tam prawdopodobnie zostaną foliowane z powodu silnego nacisku kierunkowego zbiegających się płyt.

na oceanicznym grzbiecie rozprzestrzeniania się, niedawno utworzona skorupa oceaniczna gabro i bazalt powoli oddala się od granicy płyty (rysunek 7.16). Woda w skorupie jest zmuszona do wzrostu w obszarze blisko źródła ciepła wulkanicznego, co przyciąga więcej wody z dalszej odległości, co ostatecznie tworzy system konwekcyjny, w którym zimna woda morska jest wciągana do skorupy, a następnie ponownie na dno morskie w pobliżu grzbietu. Przejście tej wody przez skorupę oceaniczną w temperaturze 200 ° do 300°C sprzyja reakcjom metamorficznym, które zmieniają pierwotny piroksen w skale na chloryt i serpentyn. Ponieważ Metamorfizm ten zachodzi w temperaturach znacznie niższych od temperatury, w której pierwotnie powstała skała (~1200°c), jest znany jako Metamorfizm wsteczny. Tworząca się w ten sposób skała jest znana jako greenstone, jeśli nie jest foliowana, lub greenschist, jeśli jest. Chloryt ((Mg5Al) (AlSi3)O10 (OH) 8)i serpentyna ((Mg, Fe)3Si2O5 (OH) 4) są „minerałami uwodnionymi”, co oznacza, że mają wodę (jako OH) w swoich wzorach chemicznych. Po późniejszej subdukcji metamorficznej skorupy oceanicznej chloryt i serpentyn zostają przekształcone w nowe minerały niewodne (np., granat i piroksen), a uwalniana woda migruje do płaszcza pokrywającego się, gdzie przyczynia się do topnienia topnika (Rozdział 3, sekcja 3.2).

w strefie subdukcji skorupa oceaniczna jest wciskana w gorący płaszcz. Ale ponieważ skorupa oceaniczna jest teraz stosunkowo chłodna, zwłaszcza wzdłuż górnej powierzchni dna morskiego, nie nagrzewa się szybko, a skała subdukcyjna pozostaje kilkaset stopni chłodniejsza niż otaczający płaszcz (rysunek 7.17). Szczególny rodzaj metamorfizmu ma miejsce w warunkach bardzo wysokiego ciśnienia, ale stosunkowo niskiej temperatury, tworząc minerał amfiboliczny znany jako glaukofan (Na2(Mg3Al2)Si8O22(OH)2), który jest koloru niebieskiego i jest głównym składnikiem skały znanej jako blueschist.

jeśli nigdy nie widziałeś, a nawet nie słyszałeś o blueschist, to nic dziwnego. Zaskakujące jest to, że ktoś go widział! Większość form blueschist w strefach subdukcji, nadal jest subdukowana, zamienia się w eklogit na głębokości około 35 km, a następnie ostatecznie tonie głęboko w płaszczu-nigdy więcej nie widać. W zaledwie kilku miejscach na świecie, gdzie proces subdukcji został przerwany przez jakiś proces tektoniczny, częściowo subdukcja powróciła na powierzchnię. Jednym z takich miejsc jest obszar wokół San Francisco; skała jest znana jako kompleks Franciszkański (rysunek 7.18).

rysunek 7.17 c: Metamorfizm regionalny skorupy oceanicznej w strefie subdukcji. (Przykład: strefa subdukcji Cascadia. Skały tego typu eksponowane są w rejonie San Francisco. 7.17 c: regionalny Metamorfizm skorupy oceanicznej w strefie subdukcji. (Przykład: strefa subdukcji Cascadia. Skały tego typu eksponowane są w rejonie San Francisco.)

Magma jest wytwarzana w zbieżnych granicach i wznosi się w kierunku powierzchni, gdzie może tworzyć ciała magmowe w górnej części skorupy. Takie ciała magmowe, w temperaturze około 1000°C, nagrzewają otaczającą skałę, prowadząc do metamorfizmu kontaktowego (rysunek 7.19). Ponieważ dzieje się to na stosunkowo płytkich głębokościach, przy braku ukierunkowanego nacisku, powstająca skała zwykle nie rozwija foliacji. Strefa metamorfizmu kontaktowego wokół intruzji jest bardzo mała (zazwyczaj metry do kilkudziesięciu metrów) w porównaniu z Zasięgiem metamorfizmu Regionalnego w innych miejscach (dziesiątki tysięcy kilometrów kwadratowych).

Metamorfizm Regionalny ma również miejsce w łańcuchach górskich wulkanicznych łuków, a ze względu na dodatkowe ciepło związane z wulkanizmem, gradient geotermalny jest zwykle nieco bardziej stromy w tych warunkach (gdzieś pomiędzy 40° a 50°C/km). W rezultacie wyższe stopnie metamorfizmu mogą odbywać się bliżej powierzchni niż w przypadku innych obszarów (rysunek 7.19).

innym sposobem zrozumienia metamorfizmu jest użycie diagramu, który pokazuje temperaturę na jednej osi i głębokość (co jest równoważne ciśnieniu) na drugiej (rysunek 7.20). Trzy ciężkie przerywane linie na tym diagramie przedstawiają gradienty geotermalne ziemi w różnych warunkach. Na większości obszarów tempo wzrostu temperatury z głębokością wynosi 30°C / km. Innymi słowy, jeśli zejdziesz 1000 m w dół do kopalni, temperatura będzie około 30°C wyższa niż średnia temperatura na powierzchni. W większości części południowej Kanady średnia temperatura powierzchni wynosi około 10°C, więc na głębokości 1000 m wyniesie około 40°C. Jest to nieprzyjemnie gorące, więc Głębokie kopalnie muszą mieć skuteczne systemy wentylacyjne. Ten typowy gradient geotermalny jest pokazany przez zieloną kropkowaną linię na rysunku 7.20. Na głębokości 10 km temperatura wynosi około 300°C, a na 20 km około 600°C.

na obszarach wulkanicznych gradient geotermalny jest bardziej podobny do 40° do 50°C/km, więc temperatura na głębokości 10 km mieści się w zakresie 400° do 500°C. Wzdłuż stref subdukcji, jak opisano powyżej, zimna skorupa oceaniczna utrzymuje niską temperaturę, więc gradient jest zwykle mniejszy niż 10°C/km. Różne typy metamorfizmu opisane powyżej są przedstawione na rysunku 7.20 z tymi samymi literami (od A do e) używanymi na rysunkach 7.14 do 7.17 i 7.19.

na przykład, jeśli spojrzymy na Metamorfizm Regionalny w obszarach o typowych gradientach geotermalnych, możemy zobaczyć, że pochówek w zakresie 5 km Do 10 km stawia nas w strefie mineralnej zeolitu i gliny (patrz rysunek 7.20), co jest równoważne z tworzeniem się łupków. Na 10 km do 15 km znajdujemy się w strefie greenschist (gdzie chloryt tworzyłby się w mafijnej skale wulkanicznej) i bardzo drobny Mikas tworzyłby się w skale błotnej, tworząc fyllit. Na 15 km Do 20 km większe Mikasy tworzą łupki, a na 20 km do 25 km amfibole, skaleń i kwarc tworzą gnejs. Poza głębokością 25 km W tym położeniu przekraczamy częściową linię topnienia granitu (lub gnejsu) z obecną wodą, więc możemy oczekiwać, że powstanie migmatyt.