Metamorfizmas (geologija): metamorfinės uolienos — susidarymas ir priežastys

Metamorfizmas: kaip susidaro metamorfinės uolienos—karštis, deformuojantis slėgis ir chemiškai aktyvūs skysčiai. Sužinokite priežastis ir petrologijos pagrindus.

Geologijoje metamorfizmas – tai uolienų struktūros, tekstūros ar cheminės sudėties pokytis, vykstantis, kai uoliena iš esmės lieka kieta. Pokyčiai atsiranda dėl padidėjusios temperatūros, slėgio, šlyties įtempių, karštų arba chemiškai aktyvių skysčių poveikio arba šių veiksnių derinio. Metamorfizmas nepainiotinas su litifikacija ar magmatine kilme: jis keičia jau esamą uolieną, kurią vadiname pradinėmis uolienomis arba protolitu.

Mokslinis uolienų tyrinėjimas vadinamas petrologija, o petrologai nagrinėja metamorfinių procesų mechanizmus, sąlygas ir pasekmes.

Uolienos pagal kilmę paprastai skirstomos į tris pagrindines klases – magmines, nuosėdines ir metamorfines. Metamorfinės uolienos susidaro dėl aukščiau minėtų veiksnių poveikio taip, kad pasikeičia mineralinė sudėtis, mineralų orientacija ar tekstūra, tačiau uoliena lieka kieta (ne ištirpusi ir nevisiškai išplautinė). Metamorfizmas vyksta tada, kai anksčiau susiformavusios uolienos nebepritaiko naujoms fizikinėms ir cheminėms sąlygoms, pavyzdžiui dėl Žemės plutos judėjimo, kalnų grandinių susidarymo ar magminės veiklos.

Veiksniai ir pagrindiniai procesai

• Temperatūra – padeda rekristalizuotis mineralams arba sudaryti naujas mineralų fazes. Temperatūra gali kilti dėl giluminio gruntinės magmos artumo ar geoterminio gradientu.
• Slėgis – lygusizoriškas (litostatinis) arba orientuotas (tektoninis) slėgis lemia mineralų sluoksniavimąsi (foliaciją) ir tekstūros pokyčius.
• Šlyties (deformacinės) įtempiai – sukelia mechaninį perkristalizavimą, foliacijos formavimąsi, porfyroblastų ar porphyroclastų atsiradimą.
• Hidroterminiai skysčiai – karšti vandeniniai tirpalai, turintys ištirpusių jonų, gali skatinti medžiagų mainus (metasomatizmą) ir formuoti naujus mineralus.
• Cheminė sudėtis – protolito mineralų ir priedų (pvz., organinių medžiagų, karbonatų) buvimas lemia, kokie metamorfosiniai produktai gali susidaryti.

Metamorfinio proceso tipai

• Regioninis (orogeninis) metamorfizmas – vyksta plataus masto suspaudimo ir šildymo metu kalnų grandinių formavimosi zonose; dažnai susijęs su foliacija ir dideliais P–T intervalais.
• Kontaktinis (akrecinis) metamorfizmas – vietinis poveikis aplink magminius intruzus; dominuoja temperatūra, formuojasi aureolės su specifinėmis (skylėtose zonose) mineralo asocijacijomis.
• Dinaminis (tektoninis) metamorfizmas – smarkus deformacinis poveikis plyšiuose bei slenkstinėse zonose; dominuoja mechaninis perdirbimas ir kartais nešildymas.
• Hidroterminis metamorfizmas ir metasomatizmas – cheminiai pokyčiai, susiję su karštų tirpalų cirkuliacija; svarbu mineraliams, susijusiems su metalų išsiskyrimu.

Tekstūra, struktūra ir mineralai

Metamorfinių uolienų požymiai priklauso nuo deformacijos ir rekristalizacijos laipsnio:

• Foliacija – plėvinis ar sluoksniuotas išsidėstymas (pvz., plokšteliniai mineralai kaip biotitas, muskovitas) dėl orientuoto slėgio.
• Bandyngas (gneisavimas) – aiškūs stori arba ploni mineralų sluoksniai, būdingi gneisams.
• Rekristalizacija – smulkių grūdelių suaugimas arba pradinio akmens struktūros praradimas.
• Porfyroblastai – stambios naujos kristalinės fazės (pvz., granatas, andaluzitas), susidarančios metamorfizacijos metu.

Metamorfinis laipsnis ir rodikliai

Metamorfinis laipsnis (grade) nusako, kiek stipriai uoliena paveikta: nuo žemo laipsnio (maldavimai, lengvas rekristalizavimas) iki aukšto laipsnio (intensyvus perkrystalizavimas, naujų aukštos temperatūros mineralų susidarymas). Geologai naudoja indikatorinius (index) mineralus – pvz., chloritas, biotitas, granatas, staurolitas, kyanitas, sillimanitas – nustatyti P–T sąlygoms.

Taip pat vartojama sąvoka metamorfinės facijos (pagal J. Eskolą), kuri apibrėžia tam tikras P–T sąlygų grupes, būdingas konkrečioms mineralų asocijacijoms.

Metamorfinės uolienos – pavyzdžiai

Paprastai susidaro tokios uolienos kaip:

• Gneisas – stipriai foliacinė uoliena, dažnai kilusi iš magminių arba sedimentinių protolitų.
• Marmuras – susidaro iš kalkakmenio arba dolomito rekristalizacijos.
• Kvarcitas – susidaro iš smiltainio ar kvarcinio smėlio rekristalizacijos; paprastai labai kietas ir atsparus.
• Taip pat daug kitų tipų, kurių savybės priklauso nuo protolito ir metamorfizacijos sąlygų.

Dinaminės sekos ir laikas

Metamorfizmas nebūtinai yra vienkartinis reiškinys: uoliena gali patirti kelis metamorfinius etapų ciklus (aukštesnis P–T, vėlesnis atšalimo ir redukcijos etapas – retrogradacija). Geochronologiniai metodai (pvz., izotopiniai amžių nustatymai) leidžia nustatyti metamorfinių įvykių laiką ir trukmę.

Praktinė reikšmė

• Metamorfinės uolienos dažnai naudojamos kaip statybinė medžiaga ar dekoratyvinis akmuo (pvz., marmuras, kvarcitas).
• Metamorfizmas susijęs su metalų koncentracijomis ir minėtais hydroterminiais procesais, todėl svarbus tauriųjų ir pramoninių metalų telkinių formavimosi tyrimams.
• Studijuodami metamorfines uolienas, geologai atseka tektoninius procesus, kalnų grandinių vystymąsi ir Žemės plutos istoriją.

Apibendrinant, metamorfizmas yra plačiai paplitęs geologinis procesas, kuris keičia uolienų fizines ir chemines savybes veikiamas temperatūros, slėgio, deformacijos ir skysčių. Šių procesų supratimas leidžia rekonstruoti geologinę aplinką, nustatyti naudingų išteklių telkinius ir pasirinkti uolienas praktiniam panaudojimui.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra metamorfizmas geologijoje?

K: Kaip vadinamas mokslinis uolienų tyrinėjimas?

K: Kaip uolienos klasifikuojamos pagal jų kilmę?

K: Kokie veiksniai lemia uolienų metamorfizmą?

K: Kas pasikeičia uolienų masės fizinės savybės vykstant metamorfizmui?

K: Kada pagal šią teoriją susidaro uolienos?

K: Dėl ko uolienose vyksta metamorfizmas?

Paieška pagal raidę