Метаморфизм
Метаморфизм — это преобразование существующей породы ( протолита ) в породу с другим минеральным составом или текстурой . Метаморфизм происходит при температурах выше 150–200 °C (от 300 до 400 °F), а часто также при повышенном давлении или в присутствии химически активных флюидов, но при преобразовании порода в основном остается твердой. [1] Метаморфизм отличается от выветривания или диагенеза , которые представляют собой изменения, происходящие на поверхности Земли или непосредственно под ней. [2]
Существуют различные формы метаморфизма, включая региональный , контактный , гидротермальный, ударный и динамический метаморфизм. Они различаются по характерным температурам, давлениям и скорости, с которой они происходят, а также по степени вовлечения реакционноспособных флюидов. Метаморфизм, происходящий в условиях повышения давления и температуры, известен как поступательный метаморфизм , тогда как понижение температуры и давления характеризуют ретроградный метаморфизм .
Метаморфическая петрология изучает метаморфизм. Метаморфические петрологи в значительной степени полагаются на статистическую механику и экспериментальную петрологию , чтобы понять метаморфические процессы.
Метаморфизм — это совокупность процессов, посредством которых существующая горная порода физически или химически преобразуется при повышенной температуре без фактического плавления в какой-либо значительной степени. Важность нагревания в формировании метаморфических пород впервые признал шотландский натуралист- новатор Джеймс Хаттон , которого часто называют отцом современной геологии. Хаттон писал в 1795 году, что некоторые горные породы Шотландского нагорья изначально были осадочными породами , но были преобразованы сильным жаром. [3]
Хаттон также предположил, что давление играет важную роль в метаморфизме. Эту гипотезу проверил его друг Джеймс Холл , который запечатал мелом импровизированный сосуд высокого давления, сконструированный из пушечного ствола, и нагрел его в чугунолитейной печи. Холл обнаружил, что при этом получается материал, сильно напоминающий мрамор , а не обычную негашеную известь , полученную путем нагревания мела на открытом воздухе. Французские геологи впоследствии добавили метасоматоз, циркуляция флюидов через погребенные породы, к списку процессов, способствующих метаморфизму. Однако метаморфизм может происходить без метасоматоза (изохимический метаморфизм) или на глубинах всего в несколько сотен метров при относительно низких давлениях (например, контактный метаморфизм). [3]
Горная порода может быть преобразована без плавления, потому что тепло вызывает разрыв атомных связей, освобождая атомы для движения и образования новых связей с другими атомами . Поровая жидкость, присутствующая между минеральными зернами, является важной средой, через которую происходит обмен атомами. [4] Это позволяет перекристаллизацию существующих минералов или кристаллизацию новых минералов с другой кристаллической структурой или химическим составом ( неокристаллизация ). [1] Превращение превращает минералы протолита в формы, более устойчивые (более близкие к химическому равновесию ) в условиях давления и температуры, при которых происходит метаморфизм. [5] [6]
