Метаморфизмом называется процесс преобразования горных пород, происходящий в глуби Земли под действием эндогенных сил. Реже метаморфизм наблюдается на поверхности Земли – здесь он обусловлен падением крупных метеоритов.
Факторами метаморфизма выступают высокие температуры и давление, воздействие различных флюидов: магматических газов, паров и др. Главнейший фактор – температура. Влияние временного фактора при этом не проявляется.
Метаморфизму подвергаются горные породы осадочного, магматического и метаморфического происхождения. Провести четкую термическую границу между метагенезом и метаморфизмом сложно: она пролегает в пределах температур от 150 до 350 °С (по мнению разных авторов и для разных минералогических ассоциаций). То же относится и к глубинам, на которых метаморфизм начинает проявляться: в срединно-океанических хребтах метаморфизация начинается с глубины 0,5 км, а в пределах осадочного чехла плитных участков древних платформ метаморфизма может не быть даже на глубине 20 км. Явным признаком метаморфизма служит образование некоторых типичных минералов: графита, возникающего из антрацита, диккита (Al4(OH)8(Si4O10)) – из каолинита и др. По мере роста температуры метаморфизм сопровождается плавлением горных пород: частичное плавление называют палингенезисом, тогда как полное – анатексисом. Существует мнение, что благодаря анатексису возникли граниты. Анатексис, соответствующий высшей фазе метаморфизма, в легкоплавких кислых породах начинается при температуре около 700 °С, а в более тугоплавких основных породах при 1000 °С. Давление, обусловливающее метаморфизм, составляет от 2 до 30 кбар, а при ударном метаморфизме и гораздо больше. В результате метаморфизма изменяются минералогический состав, структуры и текстуры горных пород.
Изменение минералогического состава ведет к исчезновению неустойчивых минералов и образованию устойчивых, соответствующих создавшимся термодинамическим условиям. Если смена минералов идет при неизменном химическом составе, то метаморфизм называют изохимическим. Если же имеет место привнос одних химических элементов и удаление других, то говорят об аллохимическом метаморфизме. Разновидностью последнего является метасоматоз – аллохимический метаморфизм, при котором объем пород не изменяется. Учитывая непостоянство минералогического состава метаморфических пород, необходимо признать, что их названия являются, по сути, комплексными – они отражают скорее условия метаморфизма, чем минералогический состав пород.
Структурные изменения заключаются в перекристаллизации пород, когда мелкозернистая порода превращается в крупнозернистую. Однако благодаря анатексису возможен и обратный переход, часто проявляющийся при формировании кварцитов. В метаморфических породах нередко возникают крупные (в диаметре до 3 см и более) кристаллы с ярко выраженными гранями, ребрами и вершинами. В этом случае говорят о порфиробластовой структуре. Если форма зерен минералов изометричная, то структуру называют гранобластовой.
Изменения текстуры проявляются двояко. Во-первых, одновременно с перекристаллизацией породы в ней исчезают поры, каверны, и возникает массивная (плотная) текстура. Во-вторых, под действием направленного давления, именуемого стрессом, формируются полосчатые текстуры (сланцеватая и линейная).
Сланцеватая текстура, характерная сланцам, проявляется в образовании параллельно-пластинчатых пород. Причинами сланцеватости могут быть:
· свойство пластинчатых минералов (слюд, хлорита и др.) расти в плоскости, перпендикулярной направленному давлению (стрессу);
· первичная слоистость осадочных пород, претерпевшая переуплотнение во время метаморфизма и, благодаря этому, ставшая еще более яркой.
Линейная текстура, свойственная гнейсам, образуется игольчатыми или призматическими кристаллами, вытянутыми параллельно плоскости сланцеватости.
Всю совокупность процессов метаморфизма в зависимости от площади их проявления можно разделить на два типа: локальный и региональный. Каждый из типов включает несколько видов.