Vplyvom tlaku, vysokej teploty, odstraňovania alebo zavádzania látok do hornín - sedimentárnych, magmatických, metamorfovaných, akýchkoľvek - po ich vzniku dochádza k procesom zmien, a to je metamorfóza. Takéto procesy možno rozdeliť do dvoch širokých skupín: lokálny metamorfizmus a hlboký. Ten sa tiež nazýva regionálny a prvý - lokálna metamorfóza. Závisí to od rozsahu procesu.
Miestny metamorfizmus
Lokálna metamorfóza je príliš veľká kategória a tiež sa delí na hydrotermálnu metamorfózu, teda nízko a stredne teplotnú, kontaktnú a autometamorfickú. Posledne menované je proces zmeny vo vyvrelých horninách po stuhnutí alebo vytvrdnutí, keď sú ovplyvnené zvyškovými roztokmi, ktoré sú produktom tej istej magmy a cirkulujú v hornine. Príkladmi takejto metamorfózy sú serpentinizácia dolomitov, ultramafických hornín a bázických hornín a chloritizácia diabáz. Charakteristický je nasledujúci typuž podľa názvu.
Kontaktná metamorfóza nastáva na hraniciach hostiteľských hornín a roztavenej magmy, keď pôsobia teploty, tekutiny (inertné plyny, bór, voda) pochádzajúce z magmy. Halo alebo zóna kontaktných dopadov môže byť dva až päť kilometrov od stuhnutej magmy. Tieto horniny metamorfózy často vykazujú metasomatizmus, kde je jedna hornina alebo minerál nahradená inou. Napríklad kontaktné skarny, hornfelsy. K hydrotermálnemu procesu metamorfózy dochádza, keď sa horniny menia v dôsledku vodných tepelných roztokov, ktoré sa uvoľňujú pri tuhnutí a kryštalizácii erupcie. Aj tu majú procesy metasomatizmu veľký význam.
Regionálny metamorfizmus
Regionálna metamorfóza sa vyskytuje na veľkých územiach, kde je zemská kôra pohyblivá a je pod vplyvom tektonických procesov ponorená na veľkých plochách do hĺbky. To má za následok obzvlášť vysoké tlaky a vysoké teploty. Regionálna metamorfóza premieňa jednoduché vápence a dolomity na mramory a žuly, diority, syenity na žulové ruly, amfibolity a bridlice. Je to spôsobené tým, že v stredných a veľkých hĺbkach také teploty a tlaky signalizujú, že kameň zmäkne, roztopí sa a opäť steká.
Skalne metamorfózy tohto typu sa vyznačujú svojou orientáciou: keď tečú masívne textúry, stávajú sa pruhovanými, lineárnymi, bridlicovými, rulovými a všetky orientačné body sú dané vzhľadom na smer toku. Malé hĺbky to neumožňujú. Pretože metamorfóza hornín nám ukazujedrvené, bridlicové, ílovité alebo rozstrapkané horniny. Ak možno alterované horniny priradiť k niektorým líniám, môžeme hovoriť o lokálnej takmer zlomovej dislokačnej metamorfóze (dynamometamorfizmus). Horniny vznikajúce týmto procesom sa nazývajú mylonity, bridlice, kakirity, kataklasity, brekcie. Vyvreté horniny, ktoré prešli všetkými štádiami metamorfózy, sa nazývajú ortoruly (sú to ortoruly, ortoruly atď.). Ak sú horniny metamorfózy sedimentárne, nazývajú sa parahorninami (sú to paraschisty alebo pararuly atď.).
Metamorphism facies
Za určitých termodynamických podmienok priebehu metamorfózy sa rozlišujú skupiny hornín, kde týmto podmienkam zodpovedajú minerálne asociácie - teplota (T), celkový tlak (Рtotal), parciálny tlak vody (P H2O).
Typy metamorfózy zahŕňajú päť hlavných fascií:
1. Zelené bridlice. Táto fascia sa vyskytuje pri teplote pod dvestopäťdesiat stupňov a tlak tiež nie je príliš vysoký - do 0,3 kilobaru. Vyznačuje sa biotitom, chloridom, albitom (kyslé plagioklasy), sericitom (jemnolupienkový muskovit) a pod. Zvyčajne je táto fascia superponovaná na sedimentárnych horninách.
2. Epidoto-amfibolitová fascia sa získava s teplotou do štyristo stupňov a tlakom do kilobaru. Tu sú stabilné amfiboly (často aktinolit), epidot, oligoklas, biotit, muskovit a pod. Túto fasciu možno vidieť aj v sedimentárnych horninách.
3. Amfibolitová fascia sa nachádza na akomkoľvek typehorniny - vyvrelé, sedimentárne a metamorfované (to znamená, že tieto fascie už prešli metamorfózou - epidoto-amfibolická alebo zeleno-bridová fascia). Metamorfný proces tu prebieha pri teplotách do sedemsto stupňov Celzia a tlak stúpa na tri kilobary. Táto fascia je charakterizovaná minerálmi ako plagioklas (andezín), rohovec, almandín (granát), diopsid a iné.
4. Granulitová fascia prúdi pri teplote nad tisíc stupňov s tlakom až päť kilobarov. Kryštalizujú tu minerály, ktoré neobsahujú hydroxyl (OH). Napríklad enstatit, hyperstén, pyrope (magnéziový granát), labrador a iné.
5. Eklogitová fascia prechádza pri najvyšších teplotách - viac ako jeden a pol tisíc stupňov a tlak môže byť viac ako tridsať kilobarov. Pyrop (granát), plagioklas, omphacit (zelený pyroxén) sú tu stabilné.
Iná fascia
Rôznou regionálnou metamorfózou je ultrametamorfizmus, keď sú horniny úplne alebo čiastočne roztavené. Ak čiastočne - ide o anatexiu, ak úplne - ide o palingézu. Rozlišuje sa aj migmatizácia - pomerne zložitý proces, pri ktorom sa horniny tvoria vo vrstvách, kde sa vyvrelé horniny striedajú s reliktom, tj zdrojovým materiálom. Granitizácia je rozšírený proces, kde konečným produktom sú rôzne granitoidy. Toto je, ako to bolo, špeciálny prípad všeobecného procesu tvorby žuly. Tu potrebujeme zavedenie draslíka, sodíka, kremíka a odstránenie vápnika, horčíka, železa s najaktívnejšími zásadami, vodou aoxid uhličitý.
Rozšírená je aj diaftoréza alebo regresná metamorfóza. Asociácie minerálov vznikajúce pri vysokých tlakoch a teplotách sú nahradené ich nízkoteplotnými fasciami. Keď je amfibolitová fascia superponovaná na granulitovú fasciu a zelenú bridlicovú a epidotovo-amfibolitovú fasciu atď., dochádza k diaftoreze. V procese metamorfózy sa objavujú ložiská grafitu, železa, oxidu hlinitého a podobne a dochádza k prerozdeleniu koncentrácií medi, zlata a polymetalov.
Procesy a faktory
Procesy zmien a znovuzrodenia hornín prebiehajú vo veľmi dlhých časových obdobiach, merajú sa v stovkách miliónov rokov. Ale aj nie príliš intenzívne, významné faktory metamorfózy vedú k skutočne gigantickým zmenám. Hlavnými faktormi sú, ako už bolo uvedené, tlaky a teploty, ktoré pôsobia súčasne s rôznou intenzitou. Niekedy jeden alebo druhý faktor výrazne prevládne. Tlak môže tiež pôsobiť na kamene rôznymi spôsobmi. Môže byť komplexný (hydrostatický) a smerovaný jednostranne. Zvýšenie teploty zvyšuje chemickú aktivitu, všetky reakcie sa urýchľujú interakciou roztokov a minerálov, čo vedie k ich rekryštalizácii. Tak sa začína proces metamorfózy. Žeravá magma preniká do zemskej kôry, vyvíja tlak na horniny, ohrieva ich a prináša so sebou množstvo látok v kvapalnom a parnom stave, a to všetko uľahčuje reakcie s hostiteľskými horninami.
Typy metamorfózy sú rôzne, rovnako ako aj dôsledky týchto procesov. ATV každom prípade sa staré minerály premieňajú a vytvárajú nové. Pri vysokých teplotách sa to nazýva hydrometamorfizmus. K rýchlemu a prudkému zvýšeniu teploty zemskej kôry dochádza vtedy, keď magma stúpa a vniká do nej, alebo môže ísť o dôsledok ponorenia celých blokov (veľkých plôch) zemskej kôry pri tektonických procesoch do veľkých hĺbok. Dochádza k nevýraznému taveniu horniny, čo však spôsobuje, že rudy a horniny menia chemické a minerálne zloženie a fyzikálne vlastnosti, niekedy sa dokonca mení aj tvar ložísk nerastov. Napríklad z hydroxidov železa vzniká hematit a magnetit, z opálu kremeň, dochádza k metamorfóze uhlia – získava sa grafit, vápenec náhle rekryštalizuje na mramor. Tieto premeny prebiehajú, aj keď po dlhú dobu, ale vždy zázračným spôsobom, ktorý dáva ľudstvu ložiská nerastov.
Hydrotermálne procesy
Keď dochádza k procesu metamorfózy, nielen vysoké tlaky a teploty ovplyvňujú jeho vlastnosti. Obrovská úloha je pripisovaná hydrotermálnym procesom, kde sa zúčastňujú juvenilné vody uvoľnené z chladiacej magmy, ako aj povrchové (vandózne) vody. V metamorfovaných horninách sa tak objavujú najtypickejšie minerály: pyroxény, amfiboly, granáty, epidot, chlority, sľudy, korund, grafit, hadec, hematit, mastenec, azbest, kaolinit. Stáva sa, že určité minerály prevažujú, je ich toľko, že už aj názvy odrážajú veľkosť obsahu: pyroxénové ruly, amfibolové ruly, biotitbridlice a podobne.
Všetky procesy tvorby minerálov – magmatické, aj pegmatitové a metamorfizmy – možno charakterizovať ako fenomén paragenézy, teda spoločnej prítomnosti minerálov v prírode, ktorá je spôsobená spoločným procesom ich tvorby a podobné podmienky – fyzikálno-chemické aj geologické. Paragenéza ukazuje postupnosť fáz kryštalizácie. Najprv - magmatická tavenina, potom zvyšky pegmatitu a hydrotermálne emanácie, alebo sú to sedimenty vo vodných roztokoch. Keď sa magma dostane do kontaktu so základnými horninami, zmení ich, ale zmení sa sama. A ak nastanú zmeny v zložení intruzívnej horniny, nazývajú sa endokontaktné zmeny a ak sa zmenia hostiteľské horniny, nazývajú sa exokontaktné zmeny. Horniny, ktoré prešli metamorfózou, tvoria zónu alebo halo zmien, ktorých povaha závisí od zloženia magmy, ako aj od vlastností a zloženia hostiteľských hornín. Čím väčší je rozdiel v zložení, tým intenzívnejší je metamorfizmus.
Sekvencia
Kontaktné premeny sú výraznejšie pri prienikoch kyselín bohatých na prchavé zložky. Hostiteľské horniny môžu byť usporiadané v nasledujúcom poradí (s klesajúcim stupňom metamorfózy): íly a bridlice, vápence a dolomity (karbonátové horniny), potom vyvreté horniny, vulkanické tufy a tufy, pieskovce, kremičité horniny. Kontaktná metamorfóza sa zvyšuje so zvyšujúcou sa pórovitosťou a praskaním horniny, pretože v nich ľahko cirkulujú plyny a pary.
A vždy,absolútne vo všetkých prípadoch je hrúbka kontaktnej zóny priamo úmerná rozmerom intruzívneho telesa a uhol je nepriamo úmerný tam, kde kontaktná plocha tvorí vodorovnú rovinu. Šírka kontaktných halúzií je zvyčajne niekoľko stoviek metrov, niekedy až päť kilometrov, vo veľmi zriedkavých prípadoch aj viac. Hrúbka exokontaktnej zóny je oveľa väčšia ako hrúbka endokontaktnej zóny. Procesy metamorfózy pri tvorbe kovov exokontaktnej zóny sú oveľa rozmanitejšie. Endokontaktná hornina je jemnozrnná, pomerne často porfyrická a obsahuje viac farebných kovov. V exokontakte intenzita metamorfózy pomerne prudko klesá a vzďaľuje sa od vniknutia.
Poddruh kontaktného metamorfizmu
Pozrime sa bližšie na kontaktnú metamorfózu a jej odrody – tepelnú a metasomatickú metamorfózu. Normálny - tepelný, vyskytuje sa pri dosť nízkom tlaku a vysokej teplote, nedochádza k výraznému prílevu nových látok z už chladiaceho vniknutia. Hornina rekryštalizuje, niekedy vznikajú nové minerály, ale nedochádza k výraznej zmene chemického zloženia. Ílové bridlice plynule prechádzajú do rohovcov a vápence do mramorov. Minerály sa zriedkavo tvoria počas tepelnej metamorfózy, s výnimkou občasných usadenín grafitu a apatitu.
Metasomatická metamorfóza je jasne viditeľná pri kontakte s intruzívnymi telami, ale jej prejavy sú často zaznamenané v tých oblastiach, kde sa vyvinula regionálna metamorfóza. Takéto prejavypomerne často môžu byť spojené s ložiskami nerastov. Môže ísť o sľudu, rádioaktívne prvky a podobne. V týchto prípadoch došlo k výmene minerálov, ktorá prebiehala za povinnej účasti kvapalných a plynných roztokov a bola sprevádzaná zmenami v chemickom zložení.
Dislokácia a metamorfóza nárazu
Pre dislokačnú metamorfózu existuje veľa synoným, takže ak sa povie kinetická, dynamická, kataklastická metamorfóza alebo dynamometamorfóza, hovoríme o tom istom, čiže o minerálnej štruktúrnej premene horniny pri pôsobení tektonických síl. to v zónach čisto nesúvislých porúch pri vrásnení hôr a bez akejkoľvek účasti magmy. Hlavnými faktormi sú tu hydrostatický tlak a jednoducho stres (jednostranný tlak). Podľa veľkosti a pomeru týchto tlakov dislokačná metamorfóza horninu úplne alebo čiastočne, ale úplne prekryštalizuje, alebo sa horniny rozdrvia, deštruujú a tiež rekryštalizujú. Výstupom sú rôzne bridlice, mylonity, kataklasity.
Náraz alebo metamorfóza nárazu nastáva prostredníctvom silnej meteoritickej rázovej vlny. Toto je jediný prirodzený proces, pri ktorom možno pozorovať tieto typy metamorfózy. Hlavnou charakteristikou je okamžitý vzhľad, obrovský špičkový tlak, teplota nad jeden a pol tisíc stupňov. Potom nastali vysokotlakové fázy pre množstvo zlúčenín – ringwoodit, diamant, stishovit, coezit. Horniny a minerály sú rozdrvené,ich kryštálové mriežky sú zničené, objavujú sa diaplektické minerály a sklá, všetky horniny sa topia.
Hodnoty metamorfózy
Pri hĺbkovom štúdiu metamorfovaných hornín sa okrem hlavných typov zmien uvedených vyššie často používajú aj niektoré ďalšie významy tohto pojmu. Ide napríklad o progresívnu (alebo progresívnu) metamorfózu, ktorá prebieha za aktívnej účasti endogénnych procesov a zachováva pevný stav horniny bez rozpúšťania alebo tavenia. V sprievode objavenia sa vysokoteplotných asociácií minerálov v mieste existencie nízkoteplotných vznikajú paralelné štruktúry, rekryštalizácia a uvoľňovanie oxidu uhličitého a vody z minerálov.
Do úvahy sa berie aj regresívna metamorfóza (alebo retrográdna, resp. monodiaftoréza). V tomto prípade sú minerálne premeny spôsobené adaptáciou metamorfovaných hornín a magmatických hornín na nové podmienky v nižších štádiách metamorfózy, čo viedlo k objaveniu sa nízkoteplotných minerálov namiesto vysokoteplotných. Vznikli počas predchádzajúcich procesov metamorfózy. Selektívna metamorfóza je selektívny proces, zmeny prebiehajú selektívne, len v určitých častiach sekvencie. Tu ide o heterogenitu chemického zloženia, vlastnosti štruktúry alebo textúry a podobne.