fysisk Geologi

alla viktiga metamorfismprocesser som vi känner till kan vara direkt relaterade till geologiska processer orsakade av plattektonik. Förhållandena mellan plattektonik och metamorfism sammanfattas i Figur 7.14 och mer detaljerat i figurerna 7.15, 7.16, 7.17 och 7.19.

de flesta regionala metamorfism äger rum inom kontinental skorpa. Medan stenar kan metamorfoseras på djupet i de flesta områden är potentialen för metamorfism störst i rötterna till bergskedjor där det finns en stor sannolikhet för begravning av relativt ung sedimentär berg till stora djup, som avbildas i Figur 7.15. Ett exempel skulle vara Himalaya Range. På denna kontinentkontinent konvergerande gräns har sedimentära bergarter båda drivits upp till stora höjder (nästan 9000 m över havet) och också begravts till stora djup. Med tanke på att den normala geotermiska gradienten (temperaturökningstakten med djup) är omkring 30 CCZ per kilometer, kan Berg som ligger nedgrävt till 9 km under havsytan i denna situation ligga nära 18 km under markytan, och det är rimligt att förvänta sig temperaturer upp till 500 CCZ.metamorfa bergarter som bildas där kommer sannolikt att folieras på grund av det starka riktningstrycket hos konvergerande plattor.

vid en oceanisk spridande ås rör sig nyligen bildad havskorpa av gabbro och basalt långsamt bort från plattgränsen (figur 7.16). Vatten i skorpan tvingas stiga i området nära källan till vulkanisk värme, och detta drar mer vatten in från längre ut, vilket så småningom skapar ett konvektivt system där kallt havsvatten dras in i skorpan och sedan ut igen på havsbotten nära åsen. Genomgången av detta vatten genom havskorpan vid 200 kg till 300 kg C främjar metamorfa reaktioner som förändrar den ursprungliga pyroxen i berget till klorit och serpentin. Eftersom denna metamorfism äger rum vid temperaturer långt under den temperatur vid vilken berget ursprungligen bildades (~1200 kcal C), är det känt som retrograd metamorfism. Stenen som bildas på detta sätt är känd som greenstone om den inte är folierad eller greenschist om den är. Klorit ((Mg5Al) (AlSi3)O10(OH)8) och serpentin ((Mg, Fe)3si2o5 (OH)4) är båda ”hydratiserade mineraler” vilket betyder att de har vatten (som OH) i sina kemiska formler. När metamorfoserad havskorpa senare subduceras omvandlas kloriten och serpentinen till nya icke-vattenhaltiga mineraler (t. ex., granat och pyroxen) och vattnet som släpps migrerar in i den överliggande manteln, där det bidrar till flussmältning (Kapitel 3, avsnitt 3.2).

vid en subduktionszon tvingas havskorpan ner i den heta manteln. Men eftersom havskorpan nu är relativt cool, särskilt längs dess övre yta på havsbotten, värms den inte upp snabbt, och den subduktiva berget förblir flera hundra grader svalare än den omgivande manteln (figur 7.17). En speciell typ av metamorfism äger rum under dessa mycket höga tryck men relativt låga temperaturförhållanden, vilket ger ett amfibolmineral som kallas glaukofan (Na2(Mg3Al2)Si8O22(OH)2), som är blå i färg och är en huvudkomponent i en sten som kallas blueschist.

om du aldrig har sett eller ens hört talas om blueschist är det inte förvånande. Det som är förvånande är att någon har sett det! De flesta blueschistformer i subduktionszoner, fortsätter att subduceras, förvandlas till eklogit på cirka 35 km djup och sjunker så småningom djupt in i manteln — aldrig att ses igen. På bara några få platser i världen, där subduktionsprocessen har avbrutits av någon tektonisk process, har delvis subducerat blueschist rock återvänt till ytan. En sådan plats är området runt San Francisco; berget är känt som Franciscan Complex (figur 7.18).

Magma produceras vid konvergerande gränser och stiger mot ytan, där den kan bilda magmakroppar i skorpans övre del. Sådana magmakroppar värmer upp den omgivande berget vid temperaturer på cirka 1000 kcal C, vilket leder till kontaktmetamorfism (figur 7.19). Eftersom detta händer på relativt grunda djup, i frånvaro av riktat tryck, utvecklar den resulterande berget normalt inte foliering. Kontaktmetamorfismens zon kring ett intrång är mycket liten (vanligtvis meter till tiotals meter) jämfört med omfattningen av regional metamorfism i andra miljöer (tiotusentals kvadratkilometer).

Regional metamorfism äger också rum inom vulkanbågens bergskedjor, och på grund av den extra värmen som är förknippad med vulkanismen är den geotermiska lutningen vanligtvis lite brantare i dessa inställningar (någonstans mellan 40 och 50 kg C/km). Som ett resultat kan högre grader av metamorfism ske närmare ytan än vad som är fallet i andra områden (figur 7.19).

ett annat sätt att förstå metamorfism är att använda ett diagram som visar temperatur på en axel och djup (vilket motsvarar tryck) på den andra (figur 7.20). De tre tunga prickade linjerna på detta diagram representerar jordens geotermiska gradienter under olika förhållanden. I de flesta områden är ökningstakten i temperatur med djup 30 kcal C/km. Med andra ord, om du går 1000 m ner i en gruva, kommer temperaturen att vara ungefär 30 kcal C varmare än medeltemperaturen vid ytan. I de flesta delar av södra Kanada, den genomsnittliga yttemperaturen är ca 10 C, så vid 1000 m djup, det kommer att vara ca 40 C. Det är obehagligt varmt, så djupa gruvor måste ha effektiva ventilationssystem. Denna typiska geotermiska lutning visas med den gröna prickade linjen i Figur 7.20. Vid 10 km djup är temperaturen ca 300 CCG och vid 20 km är det ca 600 CCG.

i vulkaniska områden är den geotermiska gradienten mer som 40 till 50 C / km, så temperaturen vid 10 km djup ligger i 400 till 500 C-intervallet. Längs subduktionszoner, som beskrivits ovan, håller den kalla oceaniska skorpan temperaturen låg, så gradienten är vanligtvis mindre än 10 kcal C/km. De olika typerna av metamorfism som beskrivs ovan representeras i Figur 7.20 med samma bokstäver (A till e) som används i figurerna 7.14 till 7.17 och 7.19.

om vi till exempel tittar på regional metamorfism i områden med typiska geotermiska lutningar kan vi se att begravning i 5 km till 10 km-området sätter oss i zeolit-och lermineralzonen (se figur 7.20), vilket motsvarar bildandet av skiffer. Vid 10 km till 15 km är vi i greenschist-zonen (där klorit skulle bildas i mafisk vulkanisk sten) och mycket fina glimmer bildas i mudrock för att producera phyllit. Vid 15 km till 20 km bildas större micas för att producera skiffer och vid 20 km till 25 km amfibol, fältspat och kvartsform för att producera gnejs. Utöver 25 km djup i denna inställning korsar vi den partiella smältlinjen för granit (eller gnejs) med vatten närvarande, och så kan vi förvänta oss att migmatit bildas.