geologyidea.com
Viac

6.2: Metamorfné procesy - geovedy

6.2: Metamorfné procesy - geovedy


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.


K metamorfóze dochádza vtedy, keď sa pevné horniny zmenia v zložení a/alebo štruktúre bez toho, aby sa roztavili minerálne kryštály, čím vzniká vyvretá hornina. Metamorfné zdrojové horniny, horniny, ktoré zažívajú metamorfózu, sa nazývajú materská hornina resp protolit, od proto- znamená prvý a lithos- čo znamená skala. Väčšina metamorfných procesov prebieha hlboko v podzemí, vo vnútri zemskej kôry. Počas metamorfózy sa chémia protolitu mierne mení v dôsledku zvýšenej teploty (tepla), druhu tlaku nazývaného obmedzujúci tlak a/alebo chemicky reaktívnych kvapalín. Textúra hornín sa mení teplom, obmedzujúcim tlakom a typom tlaku, ktorý sa nazýva riadené napätie.

Teplota (teplo)

Teplota meria energiu látky - zvýšenie teploty predstavuje zvýšenie energie [2]. Teplotné zmeny ovplyvňujú chemickú rovnováhu alebo katiónovú rovnováhu v mineráloch. Pri vysokých teplotách môžu atómy vibrovať tak energicky, že v kryštálovej mriežke, ktorá zostáva neporušená, skáču z jednej polohy do druhej. Inými slovami, k tejto výmene atómov môže dôjsť, kým je hornina stále pevná.

Teploty metamorfovanej horniny ležia medzi povrchovými procesmi (ako v sedimentárnej hornine) a magmou v horninovom cykle. Metamorfóza poháňaná teplom začína pri teplotách od 200 ° C a môže sa naďalej vyskytovať pri teplotách od 700 ° C do 1 100 ° C [3; 4; 5]. Vyššie teploty by vytvorili magmu, a preto by už neboli metamorfným procesom. Teplota sa zvyšuje so zvyšujúcou sa hĺbkou na Zemi pozdĺž geotermálneho gradientu (pozri kapitolu 4) a metamorfná hornina zaznamenáva tieto teplotné zmeny súvisiace s hĺbkou.

Tlak

Tlak je sila pôsobiaca na jednotku plochy na materiál. Rovnako ako teplo, tlak môže ovplyvniť chemickú rovnováhu minerálov v hornine. Tlak, ktorý ovplyvňuje metamorfované horniny, možno zoskupiť do obmedzujúceho tlaku a smerovaného stresu. Stres je vedecký termín označujúci silu. Kmeň je výsledkom tohto stresu, vrátane metamorfných zmien v mineráloch.

Konštantný tlak

Tlak vyvíjaný na skaly pod povrchom je spôsobený jednoduchým faktom, že skaly ležia jeden na druhom. Keď je na horniny vyvíjaný tlak, je zospodu a zo strán vyvážený a nazýva sa obmedzujúce alebo lithostatický tlak. Obmedzujúci tlak má rovnaký tlak na všetkých stranách (pozri obrázok) a je zodpovedný za to, že dochádza k chemickým reakciám, rovnako ako teplo. Tieto chemické reakcie spôsobia tvorbu nových minerálov.

Konštantný tlak sa meria v baroch a pohybuje sa od 1 baru na hladine mora do približne 10 000 barov na spodnej časti kôry [6]. V metamorfovaných horninách sa tlaky pohybujú od relatívne nízkeho tlaku 3 000 barov [5] okolo 50 000 barov [5], ku ktorému dochádza asi 15-35 kilometrov pod povrchom.

Riadený stres

Riadený stres, tiež nazývané diferenciálne alebo tektonické napätie, je nerovnomerná rovnováha síl na skale v jednom alebo viacerých smeroch (pozri predchádzajúci obrázok). Usmernené napätia sú generované pohybom litosférických dosiek. Stres označuje typ sily pôsobiacej na horninu. Kmeň popisuje výsledné procesy spôsobené stresom a zahŕňa metamorfné zmeny v mineráloch. Na rozdiel od obmedzujúceho tlaku dochádza k riadenému napätiu pri oveľa nižších tlakoch a nevytvára chemické reakcie, ktoré menia minerálne zloženie a atómovú štruktúru [3]. Smerované napätie namiesto toho modifikuje materskú horninu na mechanickej úrovni, pričom mení usporiadanie, veľkosť a/alebo tvar minerálnych kryštálov. Tieto kryštalické zmeny vytvárajú identifikačné textúry, ktoré sú znázornené na obrázku nižšie, pričom sa porovnáva phaneritická textúra magmatickej žuly s foliovanou textúrou metamorfnej ruly.

Usmernené napätia produkujú skalné textúry mnohými spôsobmi. Kryštály sa otáčajú a menia svoju orientáciu v priestore. Kryštály sa môžu zlomiť, čím sa zníži ich veľkosť zrna. Naopak, pri migrácii atómov sa môžu zväčšovať. Kryštálové tvary sa tiež deformujú. K týmto mechanickým zmenám dochádza prostredníctvom rekryštalizáciaTo je prípad, keď sa minerály rozpúšťajú z oblasti hornín, kde dochádza k vysokému namáhaniu, a vyzrážajú sa alebo znovu rastú na mieste s nižším napätím. Rekryštalizácia napríklad zvyšuje veľkosť zrna podobne, ako keď sa susediace mydlové bubliny spájajú a vytvárajú väčšie. Rekryštalizácia preusporiada minerálne kryštály bez toho, aby došlo k rozbitiu horninovej štruktúry, čím sa zdeformuje hlúpy tmel podobný skale; tieto zmeny poskytujú dôležité vodítka k pochopeniu vzniku a pohybu hlbokých podzemných zlomov hornín.

Kvapaliny

Tretím metamorfným činidlom sú chemicky reaktívne tekutiny, ktoré sa vylučujú kryštalizujúcou magmou a vznikajú metamorfnými reakciami. Tieto reakčné kvapaliny sú vyrobené väčšinou z vody (H.2O) a oxidu uhličitého (CO2) a menšie množstvo draslíka (K), sodíka (Na), železa (Fe), horčíka (Mg), vápnika (Ca) a hliníka (Al). Tieto tekutiny reagujú s minerálmi v protolite a menia jeho chemickú rovnováhu a minerálne zloženie v procese podobnom reakciám vyvolaným teplom a tlakom. Okrem použitia prvkov nachádzajúcich sa v protolite môže chemická reakcia zahŕňať látky prispievané tekutinami na vytvorenie nových minerálov. Všeobecne sa tento štýl metamorfózy, v ktorom tekutiny zohrávajú dôležitú úlohu, nazýva hydrotermálna metamorfóza alebo hydrotermálna zmena. Voda sa aktívne zúčastňuje chemických reakcií a umožňuje extra mobilitu zložiek pri hydrotermálnych zmenách.

Metamorfóza aktivovaná tekutinami sa často podieľa na vytváraní ekonomicky dôležitých ložísk nerastov, ktoré sa nachádzajú vedľa vyvrelých magmatických telies. Napríklad banské oblasti v kaňonoch a minerálnej panve Cottonwood v severnom Utahu produkujú cenné rudy, ako sú argentit (sulfid strieborný), galenit (sulfid olovnatý) a chalkopyrit (sulfid meďnatý-železný), ako aj pôvodný prvok zlato [ 2]. Tieto ložiská nerastov boli vytvorené interakciou medzi granitickým vniknutím nazývaným Little Cottonwood Stock a country-rock pozostávajúcim prevažne z vápenca a dolostónu. Horúce cirkulujúce tekutiny vylučované kryštalizujúcou žulou reagovali s okolitým vápencom a dolostónom a rozpustili ich, pričom vyzrážali nové minerály vzniknuté chemickou reakciou. Hydrotermálna zmena mafických plášťových hornín, ako je olivín a čadič, vytvára metamorfovanú horninu serpentinit, člen serpentínovej podskupiny minerálov. Tento metamorfný proces prebieha v stredných oceánskych centrách, kde novovytvorená oceánska kôra interaguje s morskou vodou.

Niektoré hydrotermálne zmeny skôr odstraňujú prvky z materskej horniny, než ich ukladajú. Stáva sa to, keď morská voda cirkuluje dole zlomeninami v čerstvom, ešte horúcom čadiči, reaguje s minerálnymi iónmi a odstraňuje ich. Rozpustenými minerálmi sú zvyčajne ióny, ktoré tesne nezapadajú do silikátovej kryštálovej štruktúry, napríklad meď. Minerálna voda vychádza z morského dna hydrotermálnymi prieduchmi, tzv čierni fajčiari, pomenovaný podľa tmavo sfarbených zrazenín, ktoré vznikajú, keď sa horúca vetracia voda stretne so studenou morskou vodou. (pozri kapitolu 4, Spálené horniny a sopečné procesy) Starovekí čierni fajčiari boli významným zdrojom medenej rudy pre obyvateľov Cypru (Cyperčanov) už v roku 4 000 pred n. l., neskôr aj pre Rimanov [8].


6.2: Metamorfné procesy - geovedy

Všetky články publikované spoločnosťou MDPI sú okamžite dostupné na celom svete pod licenciou na otvorený prístup. Na opätovné použitie celého alebo časti článku publikovaného MDPI vrátane obrázkov a tabuliek nie je potrebné žiadne špeciálne povolenie. V prípade článkov publikovaných pod licenciou Creative Common CC BY s otvoreným prístupom môže byť akákoľvek časť článku znovu použitá bez povolenia za predpokladu, že je jasne citovaný pôvodný článok.

Feature Papers predstavujú najpokročilejší výskum s významným potenciálom vysokého vplyvu v tejto oblasti. Príspevky sú predkladané na základe individuálneho pozvania alebo odporúčania vedeckých redaktorov a pred uverejnením sú podrobené partnerskému preskúmaniu.

Feature Paper môže byť buď pôvodný výskumný článok, zásadná nová výskumná štúdia, ktorá často zahŕňa niekoľko techník alebo prístupov, alebo komplexný hodnotiaci dokument so stručnými a presnými aktualizáciami o najnovšom pokroku v tejto oblasti, ktorý systematicky hodnotí najzaujímavejšie pokroky vo vede literatúra. Tento typ papiera poskytuje pohľad na budúce smery výskumu alebo možné aplikácie.

Články editora Choice sú založené na odporúčaniach vedeckých redaktorov časopisov MDPI z celého sveta. Redaktori vyberajú malý počet článkov, ktoré boli nedávno publikované v časopise a ktoré podľa ich názoru budú pre autorov obzvlášť zaujímavé alebo dôležité v tejto oblasti. Cieľom je poskytnúť prehľad niektorých z najzaujímavejších prác publikovaných v rôznych oblastiach výskumu časopisu.


Tlak

Tlak je v metamorfných procesoch dôležitý z dvoch hlavných dôvodov. Po prvé, má dôsledky na minerálnu stabilitu (obrázok 7.3). Za druhé, má to dôsledky na textúru metamorfovaných hornín. Skaly, ktoré sú vystavené veľmi vysokým obmedzujúcim tlakom, sú typicky hustejšie ako ostatné, pretože minerálne zrná sú zlisované dohromady (obrázok 7.4a) a pretože môžu obsahovať minerálne polymorfy, v ktorých sú atómy tesnejšie zabalené. Vzhľadom na doskovú tektoniku nie sú tlaky v kôre obvykle aplikované rovnomerne vo všetkých smeroch. V oblastiach konvergencie doštičiek je tlak v jednom smere (kolmý na smer konvergencie) typicky vyšší ako v ostatných smeroch (obrázok 7.4b). V situáciách, keď sa rôzne bloky kôry tlačia do rôznych smerov, budú horniny vystavené úplnému namáhaniu (obrázok 7.4c).

Jedným z výsledkov riadeného tlaku a úplného stresu je, že sa skaly stávajú foliované - čo znamená, že budú mať smerovú tkaninu. Foliácia je podrobnejšie popísaná ďalej v tejto kapitole.

Obrázok 7.4 Ilustrácia rôznych typov tlaku na skaly. a) obmedzujúci tlak, kde je tlak v zásade rovnaký vo všetkých smeroch, b) smerovaný tlak, kde tlak zo strán je väčší ako tlak zhora a zospodu, a c) úplné napätie spôsobené rôznymi blokmi hornín tlačené rôznymi smermi. (Na písmenách a a b existuje aj tlak na stránku a z nej.) [SE]


47 Kapitola 7 Metamorfóza a metamorfované skaly

Po starostlivom prečítaní tejto kapitoly, absolvovaní cvičení v nej a zodpovedaní otázok na konci by ste mali byť schopní:

  • Zhrňte faktory, ktoré ovplyvňujú povahu metamorfovaných hornín, a vysvetlite, prečo sú všetky dôležité
  • Popíšte mechanizmy vzniku foliovania v metamorfovaných horninách
  • Klasifikujte metamorfované horniny na základe ich štruktúry a obsahu minerálov a vysvetlite pôvod týchto rozdielov
  • Popíšte rôzne nastavenia, v ktorých sa vytvárajú metamorfné horniny, a vysvetlite súvislosti medzi tektonikou dosiek a metamorfózou.
  • Zhrňte dôležité procesy regionálnej metamorfózy a vysvetlite, ako sa horniny, ktoré boli metamorfované v hĺbkach 10 km alebo 20 km, teraz nachádzajú na povrchu Zeme.
  • Zhrňte dôležité procesy kontaktnej metamorfózy a metasomatizmu a vysvetlite kľúčovú úlohu hydrotermálnych tekutín.

Metamorfizmus je zmena, ku ktorej dochádza v horninovom telese v dôsledku toho, že je vystavený podmienkam odlišným od tých, v ktorých sa vytvoril. Vo väčšine prípadov, ale nie vo všetkých, ide o to, že je hornina hlboko zakopaná pod inými horninami, kde je vystavená vyšším teplotám a tlakom, ako sú tie, za ktorých sa vytvorila. Metamorfované horniny majú spravidla rôzne minerálne súbory a rôzne textúry od svojich pôvodných hornín (obrázok 7.1), ale môžu mať rovnaké celkové zloženie.

Obrázok 7.1 Metamorfovaná hornina (ruly) Okanaganského metamorfného a horečnatého komplexu pri jazere Skaha, B.C. Tmavé pásy sú bohaté na amfiboly, svetlé sú bohaté na živce. [SE fotka]

Väčšina metamorfózy pochádza z pochovania vyvrelých, sedimentárnych alebo už existujúcich metamorfov do tej miery, že zažívajú iné tlaky a teploty ako tie, pri ktorých sa vytvorili (obrázok 7.2). K metamorfóze môže dôjsť aj vtedy, ak do studenej horniny v blízkosti povrchu vnikne horúce vyvrelé teleso a je zahrievané. Aj keď väčšina metamorfózy zahŕňa teploty nad 150 ° C, niektoré metamorfózy prebiehajú pri teplotách nižších, ako sú teploty, pri ktorých sa tvorila materská hornina.

Obrázok 7.2 Skalný cyklus. Procesy súvisiace s metamorfovanými horninami sú v spodnej časti cyklu. [SE]


Zväzok 2

Abstrakt

Metamorfóza zahŕňa procesy v pevnom stave, pomocou ktorých sa horniny chemicky (mineralogicky) a/alebo textúrne prispôsobujú podmienkam, ktoré sa líšia od podmienok, za ktorých sa pôvodne vytvorili. Odohráva sa medzi doménami zvetrávania/diagenézy a oblasti rozsiahleho tavenia a je teda dominantným geologickým procesom, ktorý prebieha vo väčšine zemskej kôry a plášťa. Hlavnými činiteľmi metamorfózy sú teplota, tlak, infiltrujúce tekutiny a deformácia. Metamorfické procesy prebiehajú dobre pod povrchom Zeme, takže ich nemožno priamo pozorovať. Všeobecne sa uznáva, že niektoré metamorfované horniny je možné vytvoriť jednoduchým uložením do dostatočnej hĺbky, ale že väčšina metamorfovaných hornín teraz vystavených na povrchu bola ovplyvnená ďalším procesom, ako je budovanie hôr (orogenéza), zmena susedným vyvrelým telesom, intenzívna deformácia atď. V teréne môže diferenciálny vzostup a erózia spôsobiť povrchovú expozíciu, ktorá prekračuje počiatočný gradient teploty a tlaku s hĺbkou, ktorá sprevádzala počiatočnú metamorfózu. Možno teda odhaliť sériu metamorfovaných hornín, ktoré boli vystavené rôznym stupňom metamorfózy. Potom by sa dalo kráčať po skalách od nemetamorfovaných po postupne vyššie metamorfné stupne. Charakteristické minerály s metamorfným indexom je možné použiť na rozlíšenie zón postupne vyššieho stupňa v rámci tohto transektu. Pre-metamorfná materská hornina sa nazýva protolit. Metamorfované horniny sú klasifikované na základe mineralógie a textúry. Protolit, teplota a tlak metamorfnej rovnováhy a účinky deformácie sú hlavnými ovládacími prvkami výslednej horniny a jej názvu. Správna štúdia metamorfovaných hornín umožňuje interpretáciu fyzických podmienok vyvinutých v geografickej oblasti počas jednej alebo viacerých metamorfných udalostí. Pochopenie vzťahov medzi metamorfovanými horninami a protolitmi každého z nich ďalej umožňuje výskumníkovi odvodiť veci ako sedimentárne prostredia, ktoré existovali pred metamorfizmom. V kombinácii s datovaním veku a štrukturálnou analýzou je možné interpretovať geologickú históriu rôznych oblastí.


48 7.1 Riadenie metamorfných procesov

Hlavné faktory, ktoré riadia metamorfné procesy, sú:

  • Minerálne zloženie materskej horniny
  • Teplota, pri ktorej prebieha metamorfóza
  • Množstvo a typ tlaku počas metamorfózy
  • Druhy tekutín (väčšinou voda), ktoré sú prítomné počas metamorfózy
  • Čas, ktorý je k dispozícii na metamorfózu

Materská skala

The rodičovská skala je skala, ktorá existuje pred začiatkom metamorfózy. Vo väčšine prípadov ide o sedimentárnu alebo vyvretú horninu, ale metamorfovanú horninu, ktorá sa dostane na povrch a potom sa znova pochováva, možno tiež považovať za materskú horninu. Na druhej strane, ak je napríklad bahnitý kameň metamorfovaný na bridlicu a potom pochovaný hlbšie, kde je metamorfovaný na bridlicu, rodičovská hornina bridlice je bahnitý kameň, nie bridlica. Kritickým znakom materskej horniny je jej minerálne zloženie, pretože pri premene dochádza k stabilite minerálov. Inými slovami, keď je hornina vystavená zvýšeným teplotám, niektoré minerály sa môžu stať nestabilnými a začať rekryštalizovať na nové minerály.

Teplota

Teplota, ktorej je hornina vystavená, je kľúčovou premennou pri riadení typu metamorfózy, ku ktorej dochádza. Ako sme sa dozvedeli v kontexte vyvrelých hornín, minerálna stabilita je funkciou teploty, tlaku a prítomnosti tekutín (najmä vody). Všetky minerály sú stabilné v určitom rozsahu teplôt. Napríklad kremeň je stabilný od teplôt prostredia (bez ohľadu na to, aké počasie ho môže napadnúť) až do približne 1 800 ° C. Ak je tlak vyšší, bude horná hranica vyššia. Ak je prítomná voda, bude nižšia. Na druhej strane, väčšina ílových minerálov je stabilná iba do približne 150 ° alebo 200 ° C nad tým, transformujú sa na sľudy. Väčšina ostatných bežných minerálov má horné limity medzi 150 ° C a 1 000 ° C.

Niektoré minerály kryštalizujú na rôzne polymorfy (rovnaké zloženie, ale odlišná kryštalická štruktúra) v závislosti od teploty a tlaku. Kremeň je dobrým príkladom, pretože mierne odlišné formy sú stabilné medzi 0 ° C a 1800 ° C. Minerály kyanit, andaluzit a sillimanit sú polymorfy so zložením Al2SiO5. Sú stabilné pri rôznych tlakoch a teplotách a, ako uvidíme neskôr, sú dôležitými ukazovateľmi tlakov a teplôt v metamorfovaných horninách (obrázok 7.3).

Obrázok 7.3 Polia teploty a tlaku troch polymorfov Al2SiO5 (tlak je ekvivalentný hĺbke. Kyanit je stabilný pri nízkych až stredných teplotách a pri nízkych až vysokých tlakoch, andalusit pri stredných teplotách a nízkych tlakoch a sillimanit pri vyšších teplotách.) [SE]

Tlak je v metamorfných procesoch dôležitý z dvoch hlavných dôvodov. Po prvé, má dôsledky na minerálnu stabilitu (obrázok 7.3). Za druhé, má to dôsledky na textúru metamorfovaných hornín. Skaly, ktoré sú vystavené veľmi vysokým obmedzujúcim tlakom, sú typicky hustejšie ako ostatné, pretože minerálne zrná sú stlačené dohromady (obrázok 7.4a) a pretože môžu obsahovať minerálne polymorfy, v ktorých sú atómy tesnejšie zabalené. Vzhľadom na doskovú tektoniku nie sú tlaky v kôre obvykle aplikované rovnomerne vo všetkých smeroch. V oblastiach konvergencie doštičiek je tlak v jednom smere (kolmý na smer konvergencie) typicky vyšší ako v ostatných smeroch (obrázok 7.4b). V situáciách, keď sa rôzne bloky kôry tlačia do rôznych smerov, budú horniny vystavené úplnému namáhaniu (obrázok 7.4c).

Jedným z výsledkov riadeného tlaku a úplného stresu je, že sa skaly stávajú foliované - čo znamená, že budú mať smerovú tkaninu. Foliácia je podrobnejšie popísaná ďalej v tejto kapitole.

Obrázok 7.4 Ilustrácia rôznych typov tlaku na skaly. a) obmedzujúci tlak, kde je tlak v zásade rovnaký vo všetkých smeroch, b) smerovaný tlak, keď je tlak zo strán väčší ako tlak zhora a zospodu, a c) úplné napätie spôsobené rôznymi blokmi hornín tlačené rôznymi smermi. (Na písmenách a a b existuje aj tlak na stránku a z nej.) [SE]

Voda je hlavnou tekutinou prítomnou v horninách kôry a je jedinou, o ktorej tu budeme uvažovať. Prítomnosť vody je dôležitá z dvoch hlavných dôvodov. Po prvé, voda uľahčuje prenos iónov medzi minerálmi a v rámci minerálov, a preto zvyšuje rýchlosť, ktorou prebiehajú metamorfné reakcie. Takže hoci voda nemusí nevyhnutne zmeniť výsledok metamorfného procesu, proces urýchľuje, takže metamorfóza môže prebiehať v kratšom časovom období alebo sú metamorfné procesy, ktoré by inak nemuseli mať čas na dokončenie, dokončené.

Za druhé, voda, najmä horúca, môže mať zvýšené koncentrácie rozpustených látok, a preto je dôležitým médiom na pohyb určitých prvkov v kôre. Voda teda nielen uľahčuje metamorfné reakcie na báze zrna na zrno, ale tiež umožňuje transport iónov z jedného miesta na druhé. To je veľmi dôležité pri hydrotermálnych procesoch, ktoré sú prediskutované na konci tejto kapitoly, a pri tvorbe minerálnych usadenín.

Väčšina metamorfných reakcií prebieha veľmi pomaly. Napríklad rast nových minerálov v hornine počas metamorfózy sa odhadoval asi na 1 mm za milión rokov. Z tohto dôvodu je veľmi ťažké študovať metamorfné procesy v laboratóriu.

Aj keď je rýchlosť metamorfózy pomalá, tektonické procesy, ktoré vedú k metamorfóze, sú tiež veľmi pomalé, takže vo väčšine prípadov je šanca na dokončenie metamorfných reakcií vysoká. Napríklad jedno dôležité metamorfné prostredie je hlboké mnoho kilometrov v koreňoch pohorí. Pohorie sa formuje niekoľko desiatok miliónov rokov a ďalšie desiatky miliónov rokov sa erodujú do tej miery, že vidíme skaly, ktoré boli metamorfované hlboko pod ním.

Cvičenia

Cvičenie 7.1 Ako dlho to trvalo?

Táto fotografia ukazuje ukážku bridlice z granátu a sľudy z gréckeho ostrova Syros. Veľké červenkasté kryštály sú granátové a okolitej svetlej skale dominuje muskovitová sľuda. Euromince majú priemer 23 mm. Predpokladajme, že priemery granátov sa zvyšovali rýchlosťou 1 mm za milión rokov.

Na základe približného priemerného priemeru viditeľných granátov odhadnite, ako dlho mohol tento metamorfný proces trvať.


Veľký nápad 6

Typy vyvrelých a metamorfovaných hornín sú riadené ich doskovým tektonickým prostredím

Predpokladaná zručnosť

Znalosť doskového tektonického prostredia a súvisiacich P-T podmienok

Ciele vzdelávania a kritériá úspechu

6.2.1 Nakreslite koncepčný náčrt odlišnej hranice a aktivujú sa tam magmatické procesy.

6.2.2 Ako procesy v bode 6.3.1 vytvárajú ofiolit?

6.4.1 Nakreslite a vysvetlite, ako sa topenie plášťa vyskytuje v magmatických oblúkoch, a porovnajte s procesmi topenia v stredooceánskom hrebeni. Nakoniec, odkiaľ pochádza H2O?

6.4.2 Vysvetlite, ako hrá hrúbka kôry v oblúkoch (kontinentálna a oceánska) úlohu pri diferenciácii oblúkových magmat

6.5.1 Ukážte trajektóriu bežných sérií facie pre mafické horniny na P-T diagrame (subdukcia, barrovian, kontakt)

6.5.2 Načrtnite predpokladané miesto pre tvorbu blueschistických facie a jednoduchý model, ako dostať tieto skaly na povrch.

6.5.3 Nakreslite priečny rez konvergentného okraja a ukážte, kde by ste našli tri bežné fasciové série/prechody polí. Popíšte metamorfné fácie, ktoré by ste našli na každom mieste. Vedieť preniesť tieto informácie do subdukčnej zóny Cascadia.


Prednášky

Jedná sa o jeden z viac ako 2 400 kurzov o OCW. Pozrite sa na materiály k tomuto kurzu na stránkach, ktoré sú uvedené vľavo.

MIT OpenCourseWare je bezplatná a otvorená publikácia materiálu z tisícov kurzov MIT, ktorá pokrýva celé učebné osnovy MIT.

Žiadny zápis ani registrácia. Voľne prehliadajte a používajte materiály OCW svojim vlastným tempom. Neexistuje žiadna registrácia ani dátum začiatku ani ukončenia.

Vedomosti sú vašou odmenou. Použite OCW na vedenie vlastného celoživotného vzdelávania alebo na vyučovanie ostatných. Za používanie OCW neponúkame kredit ani certifikáciu.

Vytvorené na zdieľanie. Stiahnite si súbory na neskôr. Poslať priateľom a kolegom. Upravujte, remixujte a znova používajte (nezabudnite ako zdroj uviesť OCW.)

O spoločnosti MIT OpenCourseWare

MIT OpenCourseWare je on -line publikácia materiálov z viac ako 2 500 kurzov MIT, ktoré voľne zdieľajú znalosti so študentmi a pedagógmi z celého sveta. Zistite viac & raquo

& copy 2001 & ndash2018
Massachusettský Inštitút Technológie

Vaše používanie stránok a materiálov MIT OpenCourseWare podlieha našej licencii Creative Commons a ďalším podmienkam použitia.


4 hlavné divízie metamorfných procesov | Geológia

Tento článok vrhá svetlo na štyri divízie metamorfných procesov. Rozdelenia sú:- 1. Reorientácia mechanickou deformáciou 2. Rekryštalizácia 3. Chemická rekombinácia 4. Chemická náhrada.

Metamorfný proces: Divízia č. 1. Reorientácia mechanickou deformáciou:

Tento proces v prvom rade ovplyvňuje ploché a platinové minerály v hornine. Zoberme si horninu obsahujúcu predĺžené ploché alebo platové tmavé minerály orientované náhodne. Ak je táto hornina metamorfovaná, náhodná orientácia zmizne a vyvinie sa preferovaná orientácia.

Pozri obr. 14.1. Ploché minerály boli orientované. Metamorfózna hornina má údajne foliovanú textúru s paralelným zarovnaním plochých a platových minerálov. Metamorfóza tohto druhu dodáva štiepeniu skaly známu ako bridlicový štiepok.

Príklad: Metamorfóza z bridlice na bridlicu.

Metamorphic Process: Division # 2. Rekryštalizácia:

Rekryštalizácia je proces, pri ktorom sa minerály, ktoré existujú v hornine pred metamorfizmom, transformujú počas metamorfózy na väčšie kryštály. Rekryštalizácia sa najlepšie prejavuje v horninách obsahujúcich jeden minerálny druh, ktoré sú do určitej miery rovnomerné.

Príklad: kremenné zrná alebo zrnká kalcitu.

Obrázok 14.2 (a) zobrazuje zrná v hornine, ktoré sú stlačené silným tlakom a tiež sa zahrievajú počas metamorfózy. Všimnite si, že celá hmotnosť nadložných vrstiev, ako aj tlak metamorfózy sú koncentrované v bodoch kontaktov zrna s zrnom. V kontaktných bodoch je preto indukované veľmi vysoké napätie.

Tieto veľmi silné napätia a vysoká teplota spôsobujú riešenie materiálu v týchto bodoch. Ten istý minerál sa neskôr vyzráža z roztoku, obvykle v priestoroch pórov. Pozri obr. 14.2 (b).

Nakoniec to spôsobí, že pôvodné zrná stratia svoju individuálnu identitu a hornina sa tak stane rekryštalizovanou hmotou s výrazne zmenšenými priestormi pórov Obr. 14.2 (c). Kryštály v metamorfovanej hornine budú mať väčšiu veľkosť. Takto vytvorené skaly budú mať nepolistovanú textúru.

Príklady: Počas metamorfózy vápenca na mramor sa zrnká vápenca vápenca rekryštalizujú na väčšiu veľkosť z mramoru. Pri metamorfóze z čistého pieskovca na kremenec kremenné zrnká pieskovca rekryštalizujú do väčších rozmerov v kremenci.

Metamorfný proces: Divízia # 3. Chemická rekombinácia:

Hornina, ktorá obsahuje viac ako jeden minerálny druh, môže byť metamorfovaná na novú horninu rekombináciou chemických zložiek v pôvodnej hornine. Nové minerálne druhy sú teda vyrobené výlučne z minerálov, ktoré už sú prítomné v pôvodnej hornine, bez pridania akéhokoľvek nového materiálu.

Príklady: Keď sedimentárna hornina obsahuje oba kremeň (SiO2) a kalcit (CaCO3) je vystavený vysokej teplote a tlaku, dochádza k chemickej rekombinácii za vzniku minerálu Wollastonit (CaSiO3) a plynný oxid uhličitý.

Keď sedimentárna hornina obsahuje oba kremeň (SiO2) a dolomit [CaMg (CO3)2] je vystavený vysokej teplote a tlaku, dochádza k chemickej rekombinácii za vzniku minerálu diopsidu [CaMg (Si2O6)].

Kľúč k chemickej rekombinácii teda spočíva v mineralogickom zložení pôvodnej horniny a intenzite tepla a tlaku, ktorému je počas metamorfózy vystavená.

Metamorphic Process: Division # 4. Chemická náhrada:

Horninové masy ležiace niekoľko tisíc metrov pod povrchom môžu byť napadnuté plynmi a kvapalinami. Pri veľmi vysokých teplotách a tlakoch, ktoré v týchto hĺbkach panujú, plyny a kvapaliny prenikajú do hornín do drobných zlomov a medzizrnných hraníc a chemicky reagujú s horninou hostiteľa, pričom rozpúšťajú niektoré iónové zložky pôvodných minerálnych zložiek a nahrádzajú ich novými iónmi. prinesené riešeniami. Pri tomto náhradnom procese sa tvoria nové minerály.

Určité minerálne druhy je možné vyrábať iba pri takýchto zvýšených teplotách a tlakoch. Niektoré minerály sa môžu vytvárať pri teplote 300 ° C, zatiaľ čo existujú minerály, ktoré sa tvoria pri teplote 600 ° C. Pri teplotách vyšších ako 700 ° C sa horniny pravdepodobne roztavia a dosiahnu stav magmy.


Svet sopky

Skaly sa na Zemi vytvárajú ako vyvreté, sedimentárne alebo metamorfované horniny. Horečnaté horniny vznikajú zahrievaním hornín na teplotu topenia, ktorá tvorí magmu. Sedimentárne horniny vznikajú cementovaním sedimentov alebo zhutňovaním (stláčaním) sedimentov alebo rekryštalizáciou nových minerálnych zŕn, ktoré sú väčšie ako pôvodné kryštály. Metamorfované skaly forma z tepla a tlaku mení pôvodnú alebo materskú horninu na úplne novú horninu. The rodičovská skala môže byť buď sedimentárna, vyvrelá, alebo dokonca iná metamorfovaná hornina. Slovo "metamorfný" pochádza z gréčtiny a znamená „Ak chcete zmeniť formulár“.

Vyššie uvedený diagram ukazuje, ako sa horniny na Zemi v priebehu času nepretržite menili z jedného druhu kameňa na druhý. Táto zmena typov hornín sa nazýva „rockový cyklus“.

Pevnú horninu je možné zmeniť na novú horninu namáhaním, ktoré spôsobuje zvýšenie tepla a tlaku. Metamorfizmus spôsobujú tri hlavné činitele. Faktory, ktoré spôsobujú zvýšenie teploty, tlaku a chemických zmien, sú tri činidlá, ktoré sa chystáme študovať.

Teplota sa zvyšuje môže to byť spôsobené tým, že vrstvy sedimentov sú zakopané hlbšie a hlbšie pod povrch Zeme. Keď zostupujeme na zem, teplota sa zvyšuje asi o 25 stupňov Celzia na každý kilometer, ktorý zostúpime. Čím sú vrstvy hlbšie, tým sú teploty teplejšie. Veľká hmotnosť týchto vrstiev tiež spôsobuje zvýšenie tlaku, čo zase spôsobuje zvýšenie teploty.

Klesanie vrstiev hornín v subdukčných zónach spôsobuje metamorfózu dvoma spôsobmi, pričom strihový účinok dosiek kĺzajúcich sa okolo seba spôsobuje zmenu hornín prichádzajúcich do kontaktu s klesajúcimi horninami. Niektoré z klesajúcich skál sa kvôli tomuto treniu roztavia. Keď sa hornina topí, považuje sa to za vyvretú, nie metamorfnú, ale horninu vedľa roztavenej horniny je možné teplom zmeniť a stať sa metamorfnou horninou. Vyššie uvedený diagram ukazuje, kde je možné v subdukčnej zóne produkovať metamorfovanú horninu (ŽLTÁ ZÓNA).

Existujú 3 faktory, ktoré spôsobujú nárast tlaku, ktorý tiež spôsobuje tvorbu metamorfovaných hornín. Tieto faktory sú

Obrovská hmotnosť nadložných vrstiev sedimentov.

Napätia spôsobené zrážkou dosiek v procese budovania hôr.

Napätia spôsobené tým, že sa dosky kĺzajú okolo seba, ako napríklad šmykové napätie v zóne poruchy San Andreas v Kalifornii.

Faktory, ktoré spôsobujú chemické zmeny v horninách tiež prispievajú k vzniku metamorfovaných hornín. Veľmi horúce kvapaliny a pary môžu kvôli extrémnym tlakom vyplniť póry existujúcich hornín. Tieto tekutiny a pary môžu spôsobiť chemické reakcie, ktoré môžu v priebehu času zmeniť chemické zloženie materskej horniny.

Metamorfóza môže byť okamžitá, ako pri strihaní hornín na hraniciach dosiek, alebo môže trvať milióny rokov, ako pri pomalom ochladzovaní magmy zakopanej hlboko pod povrchom Zeme.

Metamorfované horniny môžu existovať tromi spôsobmi. Existujú tri druhy metamorfózy Kontaktná, regionálna a dynamická metamorfóza.

Kontaktujte metamorfizmus nastáva, keď magma príde do kontaktu s už existujúcim telesom horniny. Keď sa to stane, teplota existujúcich hornín sa zvýši a tiež sa infiltruje tekutinou z magmy. Oblasť ovplyvnená kontaktom magmy je zvyčajne malá, od 1 do 10 kilometrov. Kontaktná metamorfóza vytvára nepolistované (horniny bez štiepenia) horniny, ako je mramor, kremeň a rohovce.

Vo vyššie uvedenom diagrame sa magma dostala do vrstiev vápenca, kremenného pieskovca a bridlice. Teplo generované magmatickou komorou zmenilo tieto sedimentárne horniny na metamorfované horniny mramor, kremenec, rohovce.

Regionálna metamorfóza sa vyskytuje na oveľa väčšej ploche. Táto metamorfóza produkuje horniny ako ruly a bridlice. Regionálna metamorfóza je spôsobená veľkými geologickými procesmi, ako je budovanie hôr. Tieto skaly, keď sú vystavené povrchu, vykazujú neskutočný tlak, ktorý spôsobuje, že sa horniny ohýbajú a lámu pri procese budovania hôr. Regionálna metamorfóza zvyčajne produkuje foliované horniny, ako sú ruly a bridlice.

Dynamická metamorfóza Vyskytuje sa aj v dôsledku budovania hôr. Tieto obrovské sily tepla a tlaku spôsobujú, že sa skaly ohýbajú, skladajú, drvia, splošťujú a strihajú.

Metamorfované horniny sú takmer vždy tvrdšie ako sedimentárne horniny. Spravidla sú tvrdé a niekedy tvrdšie ako vyvreté horniny. Tvoria korene mnohých horských reťazcov a sú vystavené povrchu po erózii mäkších vonkajších vrstiev hornín. Mnoho metamorfovaných hornín sa dnes nachádza v horských oblastiach a je dobrým ukazovateľom toho, že staroveké hory sa nachádzali v oblastiach, ktoré sú v súčasnosti nízkym kopcom alebo dokonca plochými nížinami. Metamorphic rocks are divided into two categories- Foliates and Non-foliates.

Foliates are composed of large amounts of micas and chlorites. These minerals have very distinct cleavage. Foliated metamorphic rocks will split along cleavage lines that are parallel to the minerals that make up the rock. Slate, as an example, will split into thin sheets. Foliate comes from the Latin word that means sheets, as in the sheets of paper in a book.

Silt and clay can become deposited and compressed into the sedimentary rock shale. The layers of shale can become buried deeper and deeper by the process of deposition. Depozícia is the laying down of rock forming material by any natural agent (wind, water, glaciers) over time. Because these layers are buried, temperatures and pressures become greater and greater until the shale is changed into slate. Bridlica is a fine-grained metamorphic rock with perfect cleavage that allows it to split into thin sheets. Slate usually has a light to dark brown streak. Slate is produced by low grade metamorphism, which is caused by relatively low temperatures and pressures.

Slate has been used by man in a variety of ways over the years. One use for slate was in the making of headstones or grave markers. Slate is not very hard and can be carved easily. The problem with slate though is its perfect cleavage. The slate headstones would crack and split along these cleavage planes as water would seep into the cracks and freeze which would lead to expansion. This freeze-thaw, freeze-thaw over time would split the headstone. Today headstones are made of a variety of rocks, with granite and marble being two of the most widely used rocks. Slate was also used for chalk boards. The black color was good as a background and the rock cleaned easily with water. Today it is not very advantageous to use this rock because of its weight and the splitting and cracking over time.

Schist is a medium grade metamorphic rock. This means that it has been subjected to more heat and pressure than slate, which is a low grade metamorphic rock. As you can see in the photo above schist is a more coarse grained rock. The individual grains of minerals can be seen by the naked eye. Many of the original minerals have been altered into flakes. Because it has been squeezed harder than slate it is often found folded and crumpled. Schists are usually named by the main minerals that they are formed from. Bitotite mica schist, hornblende schist, garnet mica schist, and talc schist are some examples of this.

Gneiss is a high grade metamorphic rock. This means that gneiss has been subjected to more heat and pressure than schist. Gneiss is coarser than schist and has distinct banding. This banding has alternating layers that are composed of different minerals. The minerals that compose gneiss are the same as granite. Feldspar is the most important mineral that makes up gneiss along with mica and quartz. Gneiss can be formed from a sedimentary rock such as sandstone or shale, or it can be formed from the metamorphism of the igneouse rock grantite. Gneiss can be used by man as paving and building stone.

Non-Foliates are metamorphic rocks that have no cleavage at all. Quartzite and marble are two examples of non-foliates that we are going to study.

Quartzite is composed of sandstone that has been metamorphosed. Quartzite is much harder than the parent rock sandstone. It forms from sandstone that has come into contact with deeply buried magmas. Quartzite looks similar to its parent rock. The best way to tell quartzite from sandstone is to break the rocks. Sandstone will shatter into many individual grains of sand while quartzite will break across the grains.

Marble is metamorphosed limestone or dolomite. Both limestone and dolomite have a large concentration of calcium carbonate (CaCO3). Marble has many different sizes of crystals. Marble has many color variances due to the impurities present at formation. Some of the different colors of marble are white, red, black, mottled and banded, gray, pink, and green.

Marble is much harder than its parent rock. This allows it to take a polish which makes it a good material for use as a building material, making sink tops, bathtubs, and a carving stone for artists. Today, headstones are made from marble and granite because both of these rocks weather very slowly and carve well with sharp edges.

Marble is quarried in Vermont, Tennessee, Missouri, Georgia, and Alabama.

Odpovede na nasledujúce otázky napíšte v celých vetách na list papiera.


Pozri si video: Živá a neživá příroda - příprava na písemku