„Petrografia skał metamorficznych” profesora Żaby
Przeobrażenia składu mineralnego skał oraz ich cech strukturalnych i tekstualnych pod wpływem zmiany temperatury i przeważnie ciśnienia, bez większego udziału fazy ciekłej nazywamy metamorfizmem. W procesach metamorficznych mogą występować fluidy wody, ale magmy jako takiej nie ma. Gnejs może powstać z różnych skał (zarówno osadowych jak i magmowych).
Dowolna skała jest zbiorem minerałów, stanowiących zespół ciał stałych, z których każdy posiada określony skład chemiczny. Taki zbiór pozostaje w stanie niezmienionym jedynie w określonych warunkach termodynamicznych (P, T). Jest to stan równowagi termodynamicznej. To znaczy żadne reakcje chemiczne nie zachodzą samorzutnie. Stan równowagi układu odpowiada minimalnemu poziomowi energii swobodnej wszystkich jego cząstek, to znaczy maksimum energii zostało związane w minerałach skały. Zmiana P lub T zaburza równowagę i wywołuje reakcję, których celem jest uzyskanie ponownego stanu równowagi. Wywołane w ten sposób reakcje mogą prowadzić do:
Przebudowy strukturalnej minerału (np. przemiana kwarcu alfa w kwarc beta w temperaturze 573°C lub przemiana andaluzyt w sylimanit lub dystem. Wszystkie te trzy minerały mają ten sam skład chemiczny Al2 SIO5
utworzenia nowego lub nowych minerałów (np. powstanie granatu: ilmenit (FeTiO3) + anortyt + kwarc tytanit + rutyl + granat. Skaleń wapniowy w obecności kwarcu, po podgrzaniu zaczną jonowo reagować ze sobą w efekcie czego powstanie granat żelazowy. Innym przykładem jest powstanie ortoklazu (muskowit + kwarc 1ortoklaz + sylimanit). Dolomit + kwarc daje diopsyd (piroksen)
Zjawiska metamorficzne mają charakter odwracalny. Stąd wyróżniamy metamorfizm progresywny, gdzie T i P wzrastają lub regresywny gdzie T i P spadają. Minerały łatwiej podlegają przeobrażeniom progresywnym. Jeżeli chodzi o regresje są to zjawiska znacznie wolniejsze. Gdyby tak nie było nie znaleźlibyśmy skał metamorficznych na powierzchni, gdyż wróciłyby szybko do stanu pierwotnego
Za początek zjawisk metamorficznych uznaje się powstanie minerałów, które nie mogą powstać w warunkach powierzchniowych (hipergenicznych). Powstają w temperaturze 200 st. C i 2-4 kbarów. Do czynników metamorfizmu należą temperatura, ciśnienie oraz obecność rozpuszczalników.
Wzrost temperatury jest wywoływany pojawieniem się intruzji magmy (metamorfizm kontaktowy, powstaje tzw. aureola kontaktowa) lub pogrążanie skał na dużą głębokość (metamorfizm regionalny). Wzrost temperatury powoduje dehydratację minerałów udowodnionych i dehydroksylacji minerałów zawierających grupę OH oraz dysocjacji termicznej (rozpadu termicznego) węglanów, a także przeobrażeń polimorficznych minerałów. Uwolniona w tych procesach, często wzbogacona w CO2 pochodzące z rozpadu węglanu przyspiesza reakcje rozpuszczania minerałów, a także stanowi medium umożliwiające migrację jonową pierwiastków. Reakcje między minerałami zależą od ich wzajemnego sąsiedztwa. Np. kalcyt w czystej skale wapiennej pozostaje trwały w znacznie większym przedziale temperatur niż gdy występuje w obecności kwarcu. Kalcyt + kwarc wollastonit (CaSiO3 )+ CO2. Dolomit z kolei powyżej temperatury 680 st. C zaczyna się rozpadać na CaCO3 czyli czysty kalcyt + peryklaz (MgO) + CO2.
Metamorfizm kontaktowy przypomina wypalanie ceramiki. Im wyższa temperatura tym wyższy stopień spieczenia i minerały typowe dla wysokich temperatur. Typowe są sylimanit i andaluzyt, spotykane również w porcealniae. W niższym interwale mamy bioty, staurolit i granaty. Skały typowe dla metamorfizmu kontaktowe to hornflesy (chloryt, muskowit, biotyt, staurolit, sillimanit, ). W Polsce spotkamy się z nimi na granicy batolitu w Szklarskiej Porębie.
Metamorfizm regionalny to efekt pogrążąnia skał na większej głębokości. Są typowe dla stref subdukcji.
Są dwa źródła wzrostu ciśnienia. Pierwsze to pogrążanie na większą głębokość (ciśnienie statyczne). Poziome naciski górotwórcze sprzyjają z kolei rozwojowi stresu. Wzrost ciśnienia kierunkowego powoduje przede wszystkim zagęszczenie materii. Powstają minerały charakteryzowane dużą gęstością (amfibolity, granulity). Ciśnienie statyczne to takie gdzie wektor dizalających skał jest podobny ze wszystkich stron. Struktury są wtedy bezładne. Oddzielnośc łupkowa powstaje w przy ciśnieniu kierunkowym związanym ze stresem.
Jednocześnei mamy do czynienia ze zjawiskiem, że w tym kierunku gdzi e jest największe ciśnienia tam mamy do czynienia z przyspieszoną rozpuszczalnością ziaren.
Termometry i barometry geologiczne:
Obezność niektórych minerałów jest diagnostyczna dla określonych P i T. Najpospolistzym przykładem jest substancja o wzorze Al2SIO5. W relatywnie niskich ciśnieniach dominujący będzie andaluzyt. Przy wysokich iśnienaiach dominuje Ksyanite (dystem). Sillimanit jest minerałem typowym w warunkach wysokich temperatur.
Istotną rolę w odtwarzaniu P i T pełni obeznośc określonych zespołów minerałów czyli tzw. paragenez. Np. współwystępowanie dolomitu i kwarcu świadczy o niskim stopniu metamorfizmu. Inaczej powstałby wollastonit. Zastępowanie biotytu przez chloryt (chlorytyzacja) świadczy o metamorfizmie regresywnym.Biotyt na swój sposób wietrzeje. Wapniowe plagioklazy są trwałe tylko w warunkach wysokich ciśnien i temperatur. Przy spadku ciśnienia i temperatury rozpadają się an agregaty albitu i epidotu. Jest to proces tak zwanej saussyrytyzacji. Epidot to zielony słupkowy minerał, przypominający skamieniałą trawę. Łyszczyki powstają z przeobrażenia minerałów ilastych. W pierwszym etapie powstaje serycyt, który rekrystalizując przechodzi w muskowit. Dopiero przy bardzo głębokim metamorfizmie muskowit zostaje zastąpiony paragenezą ortoklaz + sylimanit. Minerały gurpy serpentynu powstają z przeobrażenia oliwinów (metamorfizm regresywny).
Musimy powtórzyć facje petrograficzne, substraty i produkty ( z ajkich skał powstają określone skały metamorficzne). W wyniku przeobrażenia ksał ilastych powstają skały zawieraj.ące przede wszystkim syrrity. Są to fyllity. Fyllity to epiłupki, które w warunkach progresji będą rekrystalizować, czyli z tyllitów powstaną łupki łyszczykowe, a ostatecznie mogą powstać gnejsy. Z szarogłazów i arkoz powstają gnejsy. W warunkach głębszego metamorfizmu gnejsy mogą zamienić się w granulity. Równocześnie gnejsy powstające w wyniku przeobrażenia skał osadowych to paragnejsy, a granitoidowych to ortognejsy. Skały bazaltoidowe mogą ulec w warunkach płytkiego metamorfizmu, a także metamorfizmu regresywnego przeobrazić się w zieleńce (zawiera albity,epidoty, chloryty, aktynolity). Rekrystalizacja zieleńców prowadzi do powstania amfibolitów. Takie przeobrażenie następuje w wyniku subdukcji płyty oceanicznej i głębokiego metamorfizmu. Ten proces przeobrażen prowadzi do powstawania ortoamfibolitów. Przeobrażenie tufów, szarogłazów i innych skał osadowych prowadzą do powstania para amfibolitów. Marmury są produktem przeobrażenia wapieni. Ich cechą charakterystyczną jest to żę nie spotykamy w nich organizmów, uległy rekrystalizacji.
Fyllit jest zbudowany z łyszczyków i mogą mieć w sobie kwarc. Iłowiec chrzęści wszak bo jest w nim kwarc, a kwarc w metamorfizmie pozostaje.
Z piaskowca kwarcowego powstanie kwarcyt, nie gnejs bo gnejs potrzebuje skaleni, iłów jakiś.
W strefach konwergencji możemy spotkać różne typy metamorfizmu. W strefie grzbietu dominuje metamorfizm morskiego dna. Dno jest zbudowane z metabazaltów czyli zieleńców. W obrębie pryzmy akrecyjne na większych głębokościach mamy do czynienia z wysokim ciśnieniem i niską temperaturą. W tej strefie powstają łupki, różnego typu zmienione skały, które zawieraja minerały wysokich ciśnien i niskich temperatur. Mówimy wobec tego że są to skały facji glaukofanowej. Tmperatura tu jest mniejsza od 300 st C, natomiast ciśnienie 10-15 kBar. W tym miejscu powstają przede wszystkim przeobrażone skały dna oceanicznego. Powyżej nich mamy do czynienia przeobrażone osady. Strefę takich skał obserwujemy na Wołowcu w Tatrach. Głębiej w obszarze gdzie mamy kolor żółty mamy do czynienia z metamorfizmem wysokich ciśnień i wyoskich temperatur. Dominuje tu facja amfibolitowi, względnie może się pojawić facja granulitowa. W komorze magmy pojawiają sie obszary aureoli kontaktowej i charakterystyczne dla niej hornfelsy.
Ultrametramorfizm:
Pod tym pojęciem rozumiemy zespół zjawisk z pogranicza procesów metamorficznych magmowych. Innymi słowy pod pojęciem ultrametamorfizmu rozumiemy pojawienie się fazy ciekłej wśród skał metamorficznych. W pierwszej kolejności topią się minerały jasne czyli skalenie i minerały z krzemionką. Proces wytapiania skał został nazwany anateksis. Produktem anateksis jest wtórna magma czyli migma (stąd migmatyty). Gromadzenie się migmy to palingeneza. Procesy anatektyczne uwalniają duże ilości pierwiastków, które przemieszczają się na duże odległości w procesie dyfuzji jonowej poprzez sieci krystaliczne minerałów. Efektem jest impregnacja nimi napotkanych skał, czyli tak zwana metasomatoza. Najbardziej mobilnymi pierwiastkami są alkalia czyli sód i potas. Efektem alkalicznej metasomatozy jest zastępowanie minerałów ilastych łyszczykami oraz łyszczyków skaleniami. (Minerały ilaste to produkt wietrzenia skaleni, łyszczyków i szkliwa wulkanicznego. Wietrzenie to polega na odprowadzeniu alkaliów, a w dalszej kolejności krzemionki). Medium doprowadzającym alkalia są fluidy wody. Proces wzbogacenia skał w skalenie to tzw. feldspatyzacja.
Taki skład mamy np. w szarogłazie. Czyli szarogłaz może dać gnej sylimanowy.↩