Метаморфизмом называется процесс перекристаллизации горных пород в твёрдом состоянии, протекающий в недрах Земли под действием повышенных температур и давлений. Воздействующие на вещество исходных пород температура и/или давление являются факторами метаморфизма. Основной причиной перекристаллизации при изменении термодинамических параметров среды является различная устойчивость минералов в тех или иных условиях. Для каждого минерального вида имеется свой диапазон устойчивости как по температурам, так и по давлениям. При выходе за соответствующие рамки минералы разрушаются, а из входивших в них химических элементов кристаллизуются другие минеральные вещества.
Условия проявления и классификация метаморфических процессов.
В зависимости от того, в каком направлении при этом меняется температура, метаморфизм подразделяется на прогрессивный и регрессивный. Прогрессивным называется метаморфизм, протекающий при повышении температуры, регрессивным – тот, который идёт при её уменьшении. При прогрессивном метаморфизме ассоциации минералов, устойчивых в условиях относительно низких температур, замещаются другими, более высокотемпературными. Соответственно, горная порода, которая была сложена низкотемпературными минералами, преобразуется в новую породу с иным минеральным составом. При регрессивном метаморфизме процесс идёт в обратном направлении.
Важнейшим условием, обеспечивающим возможность протекания процесса как в одном, так и в другом направлении, является наличие в горных породах воды. Именно вода является средой, в которой протекают разнообразные химические реакции. На начальных стадиях метаморфизма, когда начинается преобразование исходной осадочной породы в метаморфическую, в ней всегда присутствуют подземные воды в тех или иных формах. Далее, по мере развития процесса, постоянный приток воды обеспечивается разрушением минералов, содержащих кристаллизационную или конституционную воду в своём составе. Поэтому прогрессивно-метаморфические изменения при повышении температуры осуществляются практически всегда. Но прогрессивный метаморфизм при этом неизбежно сопровождается всё большей и большей потерей воды. Поэтому, когда температура вновь начинает понижаться, обратный, регрессивно-метаморфический процесс идёт далеко не всегда. Для того, чтобы он мог осуществиться, нужен приток водных растворов. Поэтому проявления регрессивного метаморфизма обычно приурочены к сравнительно ограниченным зонам, оказавшимся более проницаемыми для проникновения термальных вод.
Вода при метаморфизме может оказаться средой не только для осуществления химических реакций; в ней может осуществляться и направленная миграция тех или иных химических веществ. В зависимости от того, осуществляются ли при метаморфизме процессы привноса – выноса химических элементов, различают метаморфизм изохимический и аллохимический. Изохимический метаморфизм происходит без изменения исходного химического состава горной породы. При метаморфизме аллохимическом (метасоматозе), в результате привноса и/или выноса тех или иных компонентов химический состав горной породы претерпевает разнообразные изменения.
В зависимости от условий проявления, масштабов распространения процесса и относительной роли того или иного фактора выделяются следующие типы метаморфизма:
Региональный метаморфизм проявляется на обширных площадях в связи с крупными тектоническими событиями в развитии регионов. При региональном метаморфизме всегда, в тех или иных соотношениях, действуют оба фактора – и температура, и давление.
Локальный метаморфизм, подразделяемый на контактовый и динамический. Контактовый метаморфизм проявляется в связи с внедрением в относительно холодные горные породы горячих масс магматических расплавов. Фактором, обуславливающим проявление метаморфического процесса, является температура. Контактово-метаморфическому воздействию подвергаются породы, находящиеся вблизи контакта с интрузией магмы. Ширина зоны контактового метаморфизма в наибольшей мере зависит от размеров интрузивного тела, воздействующего на вмещающие породы. Чем оно крупнее, тем шире будет зона, в которой проявлен метаморфизм.
Динамический метаморфизм (динамометаморфизм) чаще всего связан с подвижками вдоль разрывных нарушений, и его проявления в этом случае приурочены непосредственно к узким вытянутым приразломным зонам. В связи с этим его также можно назвать приразломным метаморфизмом. Реже динамометаморфические изменения развиваются в относительно широких (шириной в километры, иногда десятки километров), но также протяжённых зонах, в пределах которых горные породы целиком подвержены интенсивному смятию. Фактор динамометаморфизма – давление. При этом температурный фон, на котором возникает область повышенного давления, может быть различным. Поэтому динамометаморфические процессы бывают как низко-, так и высокотемпературными.
И региональные, и локальные метаморфические процессы могут быть как изохимическими, так и аллохимическими.
Ультраметаморфизм представляет собой особую разновидность метаморфических процессов, являясь высшей ступенью регионального метаморфизма. Рубежом, отделяющим ультраметаморфизм от обычного метаморфического процесса, является начало частичного (селективного) плавления горных пород, при котором наиболее легкоплавкие компоненты начинают формировать межгранулярный (размещающийся в промежутках между зёрнами горной породы) магматический расплав. Ультраметаморфический процесс всегда протекает аллохимически. С началом плавления кристаллическая решётка минералов разрушается, а слагающие её атомы ионизируются и приобретают подвижность. А наличие межгранулярного расплава создаёт среду, в которой они перемещаются и взаимодействуют с твёрдой фазой.
Прогрессивное развитие ультраметаморфизма приводит к переплавлению основной части объёма горных пород и смене метаморфического процесса магматическим.