Vlivem tlaku, vysoké teploty, odstraňováním nebo vnášením látek do hornin - sedimentárních, magmatických, metamorfovaných, jakýchkoli - po jejich vzniku dochází k procesům změn, a to je metamorfóza. Takové procesy lze rozdělit do dvou širokých skupin: lokální metamorfismus a hluboký. Ten se také nazývá regionální a první - místní metamorfóza. Záleží na rozsahu procesu.
Místní metamorfóza
Lokální metamorfóza je příliš velká kategorie a také se dělí na hydrotermální metamorfózu, tedy nízko a středně teplotní, kontaktní a autometamorfismus. Posledně jmenovaný je proces změny vyvřelých hornin po ztuhnutí nebo vytvrzení, kdy na ně působí zbytkové roztoky, které jsou produktem stejného magmatu a cirkulují v hornině. Příklady takové metamorfózy jsou serpentinizace dolomitů, ultramafických hornin a bazických hornin a chloritizace diabasů. Charakterizován je další typuž svým jménem.
Kontaktní metamorfóza nastává na hranicích hostitelských hornin a roztaveného magmatu, kdy působí teploty, tekutiny (inertní plyny, bór, voda) pocházející z magmatu. Halo nebo zóna kontaktních dopadů může být dva až pět kilometrů od ztuhlého magmatu. Tyto horniny metamorfózy často vykazují metasomatismus, kdy je jedna hornina nebo minerál nahrazena jinou. Například kontaktní skarny, hornfelsy. K hydrotermálnímu procesu metamorfózy dochází, když se horniny mění v důsledku vodných termálních roztoků, které se uvolňují při tuhnutí a krystalizaci erupce. I zde mají procesy metasomatismu velký význam.
Regionální metamorfismus
Regionální metamorfóza se vyskytuje na velkých plochách, kde je zemská kůra pohyblivá a je ponořena pod vlivem tektonických procesů na velkých plochách do hloubky. To má za následek zvláště vysoké tlaky a vysoké teploty. Regionální metamorfóza přeměňuje jednoduché vápence a dolomity na mramory a žuly, diority, syenity na žulové ruly, amfibolity a břidlice. Je to dáno tím, že ve středních a velkých hloubkách takové teploty a tlaky ukazují, že kámen měkne, taje a znovu teče.
Skály metamorfózy tohoto typu se vyznačují svou orientací: když tečou masivní textury, stávají se pruhovanými, lineárními, břidlicovými, rulovými a všechny orientační body jsou dány vzhledem ke směru toku. Malé hloubky to neumožňují. Protože metamorfóza hornin nám ukazujedrcené, břidlice, hlína nebo roztřepené horniny. Pokud lze alterované horniny asociovat s některými liniemi, lze hovořit o lokální téměř zlomové dislokační metamorfóze (dynamometamorfismu). Horniny vzniklé tímto procesem se nazývají mylonity, břidlice, kakirity, kataklasity, brekcie. Vyvřelé horniny, které prošly všemi stádii metamorfózy, se nazývají ortoruly (jedná se o ortoschistry, ortoruly a tak dále). Pokud jsou horniny metamorfózy sedimentární, nazývají se para-horniny (to jsou parašisté nebo pararuly atd.).
Metamorphism facies
Za určitých termodynamických podmínek průběhu metamorfózy se rozlišují skupiny hornin, kde těmto podmínkám odpovídají minerální asociace - teplota (T), celkový tlak (Рtotal), parciální tlak vody (P H2O).
Typy metamorfózy zahrnují pět hlavních fascií:
1. Zelené břidlice. K této fascii dochází při teplotě pod dvě stě padesát stupňů a tlak také není příliš vysoký – do 0,3 kilobaru. Je charakterizován biotitem, chloridem, albitem (kyselé plagioklasy), sericitem (jemnolupinkový muskovit) a podobně. Obvykle je tato fascie superponována na sedimentárních horninách.
2. Epidoto-amfibolitová fascie se získává s teplotou až čtyři sta stupňů a tlakem až kilobar. Zde jsou stabilní amfiboly (často aktinolit), epidot, oligoklas, biotit, muskovit a podobně. Tuto fascii lze také vidět v sedimentárních horninách.
3. Amfibolitová fascie se nachází na jakémkoli typuhorniny - jak vyvřelé, tak sedimentární a metamorfované (to znamená, že tyto fascie již prošly metamorfózou - epidoto-amfibolická nebo zelenobřidlicová fascie). Metamorfní proces zde probíhá při teplotách do sedmi set stupňů Celsia a tlak stoupá ke třem kilobarům. Tato fascie je charakterizována takovými minerály, jako je plagioklas (andesin), rohovec, almandin (granát), diopsid a další.
4. Granulitová fascie proudí při teplotě přes tisíc stupňů s tlakem až pět kilobarů. Krystalizují zde minerály, které neobsahují hydroxyl (OH). Například enstatit, hypersthene, pyrope (magnézský granát), labrador a další.
5. Eklogitová fascie prochází při nejvyšších teplotách - více než jeden a půl tisíce stupňů a tlak může být více než třicet kilobarů. Pyrop (granát), plagioklas, omphacit (zelený pyroxen) jsou zde stabilní.
Jiná fascia
Různou regionální metamorfózou je ultrametamorfismus, kdy jsou horniny zcela nebo částečně roztaveny. Pokud částečně - jedná se o anatexi, pokud zcela - jedná se o palingenezi. Rozlišuje se také migmatizace - poměrně složitý proces, při kterém se horniny tvoří ve vrstvách, kde se střídají vyvřeliny s reliktem, tedy výchozím materiálem. Granitizace je rozšířený proces, kde konečným produktem jsou různé granitoidy. Toto je jakoby zvláštní případ obecného procesu vzniku žuly. Zde potřebujeme zavedení draslíku, sodíku, křemíku a odstranění vápníku, hořčíku, železa s nejaktivnějšími alkáliemi, vodou aoxid uhličitý.
Diaftoréza neboli regresivní metamorfóza je také rozšířená. Asociace minerálů vzniklé při vysokých tlacích a teplotách jsou nahrazeny jejich nízkoteplotními fasciemi. Když je amfibolitová fascie superponována na granulitovou fascii a fascii zelené břidlice a epidoto-amfibolitové fascie atd., dochází k diaftoreze. Právě v procesu metamorfózy se objevují ložiska grafitu, železa, oxidu hlinitého a podobně a dochází k redistribuci koncentrací mědi, zlata a polymetalů.
Procesy a faktory
Procesy změny a znovuzrození hornin probíhají ve velmi dlouhých časových obdobích, měří se ve stovkách milionů let. Ale i ne příliš intenzivní, významné faktory metamorfózy vedou ke skutečně gigantickým změnám. Hlavními faktory jsou, jak již bylo zmíněno, tlaky a teploty, které působí současně s různou intenzitou. Někdy ten či onen faktor výrazně převažuje. Tlak může také působit na kameny různými způsoby. Může být komplexní (hydrostatický) a řízený jednostranně. Zvýšení teploty zvyšuje chemickou aktivitu, všechny reakce se urychlují interakcí roztoků a minerálů, což vede k jejich rekrystalizaci. Tak začíná proces metamorfózy. Rozžhavené magma proniká do zemské kůry, vyvíjí tlak na horniny, zahřívá je a přináší s sebou spoustu látek v kapalném i parním stavu a to vše usnadňuje reakce s hostitelskými horninami.
Typy metamorfózy jsou rozmanité, stejně jako různé jsou i důsledky těchto procesů. VV každém případě dochází k přeměně starých minerálů a vzniku nových. Při vysokých teplotách se tomu říká hydrometamorfismus. K rychlému a prudkému nárůstu teploty zemské kůry dochází, když magma stoupá a vniká do ní, nebo může být důsledkem ponoření celých bloků (velkých ploch) zemské kůry při tektonických procesech do velkých hloubek. Dochází k nevýraznému tání horniny, což přesto způsobuje, že rudy a horniny mění chemické a minerální složení a fyzikální vlastnosti, někdy se mění i tvar ložisek minerálů. Například z hydroxidů železa vzniká hematit a magnetit, z opálu křemen, dochází k metamorfóze uhlí - získává se grafit, vápenec náhle překrystaluje do mramoru. Tyto přeměny probíhají sice po dlouhou dobu, ale vždy zázračným způsobem, který lidstvu poskytuje ložiska nerostů.
Hydrotermální procesy
Pokud dochází k procesu metamorfózy, neovlivňují jeho vlastnosti pouze vysoké tlaky a teploty. Obrovská role je připisována hydrotermálním procesům, kde jsou zapojeny jak juvenilní vody uvolňované z chladících magmat, tak povrchové (vandózní) vody. V metamorfovaných horninách se tak objevují nejtypičtější minerály: pyroxeny, amfiboly, granáty, epidot, chlority, slídy, korund, grafit, hadec, hematit, mastek, azbest, kaolinit. Stává se, že určité minerály převažují, je jich tolik, že i názvy vypovídají o velikosti obsahu: pyroxenové ruly, amfibolové ruly, biotitslate a podobně.
Všechny procesy tvorby minerálů – jak magmatické, tak i pegmatitové a metamorfismy – lze charakterizovat jako jev parageneze, tedy společné přítomnosti minerálů v přírodě, což je způsobeno společným procesem jejich tvorby a podobné podmínky – jak fyzikálně chemické, tak geologické. Parageneze ukazuje sled fází krystalizace. Nejprve - magmatická tavenina, pak zbytky pegmatitu a hydrotermální emanace, nebo to jsou sedimenty ve vodných roztocích. Když se magma dostane do kontaktu se základními horninami, změní je, ale změní se samo. A pokud nastanou změny ve složení intruzivní horniny, nazývají se endokontaktní změny, a pokud se změní hostitelské horniny, nazývají se exokontaktní změny. Horniny, které prošly metamorfózou, tvoří zónu nebo halo změn, jejichž povaha závisí na složení magmatu a také na vlastnostech a složení hostitelských hornin. Čím větší je nesoulad ve složení, tím intenzivnější je metamorfóza.
Sekvence
Kontaktní transformace jsou výraznější u kyselých průniků bohatých na těkavé přísady. Hostitelské horniny mohou být uspořádány v následujícím pořadí (jak se míra metamorfózy snižuje): jíly a břidlice, vápence a dolomity (karbonátové horniny), dále vyvřeliny, vulkanické tufy a tufy, pískovce, křemičité horniny. Kontaktní metamorfóza se zvyšuje s rostoucí pórovitostí a praskáním horniny, protože v nich snadno cirkulují plyny a páry.
A vždy,absolutně ve všech případech je tloušťka kontaktní zóny přímo úměrná rozměrům intruzivního tělesa a úhel je nepřímo úměrný tam, kde kontaktní plocha tvoří vodorovnou rovinu. Šířka kontaktních halo je obvykle několik set metrů, někdy až pět kilometrů, ve velmi vzácných případech i více. Tloušťka exokontaktní zóny je mnohem větší než tloušťka endokontaktní zóny. Procesy metamorfózy při tvorbě kovu exokontaktní zóny jsou mnohem rozmanitější. Endokontaktní hornina je jemnozrnná, poměrně často porfyrická a obsahuje více barevných kovů. V exokontaktu intenzita metamorfózy poměrně prudce klesá a vzdaluje se od intruze.
Poddruh kontaktní metamorfózy
Pojďme se blíže podívat na kontaktní metamorfózu a její varianty – tepelnou a metasomatickou metamorfózu. Normální - tepelný, vyskytuje se při dosti nízkém tlaku a vysoké teplotě, nedochází k výraznému přílivu nových látek z již chladícího průniku. Hornina rekrystalizuje, občas se tvoří nové minerály, ale nedochází k výrazné změně chemického složení. Jílové břidlice plynule přecházejí v rohovce a vápence v mramory. Minerály se zřídka tvoří během tepelné metamorfózy, s výjimkou příležitostných usazenin grafitu a apatitu.
Metasomatická metamorfóza je jasně viditelná při kontaktu s intruzivními těly, ale její projevy jsou často zaznamenány v těch oblastech, kde došlo k rozvoji regionální metamorfózy. Takové projevypoměrně často mohou být spojeny s ložisky nerostů. Může to být slída, radioaktivní prvky a podobně. V těchto případech probíhala náhrada minerálů, která probíhala za povinné účasti kapalných a plynných roztoků a byla doprovázena změnami chemického složení.
Dislokační a nárazová metamorfóza
Pro dislokační metamorfózu existuje spousta synonym, takže pokud se řekne kinetická, dynamická, kataklastická metamorfóza nebo dynamometamorfóza, mluvíme o tom samém, což znamená minerální strukturní přeměnu horniny při působení tektonických sil to v zónách čistě nespojitých poruch při vrásnění hor a bez jakékoli účasti magmatu. Hlavními faktory jsou zde hydrostatický tlak a jednoduše napětí (jednostranný tlak). Podle velikosti a poměru těchto tlaků dochází při dislokační metamorfóze k rekrystalizaci horniny úplně nebo částečně, ale úplně, nebo k drcení, destrukci a také k rekrystalizaci hornin. Výstupem jsou různé břidlice, mylonity, kataklasity.
K metamorfóze nárazu nebo nárazu dochází prostřednictvím silné meteoritické rázové vlny. Toto je jediný přirozený proces, kde lze tyto typy metamorfózy pozorovat. Hlavní charakteristikou je okamžitý vzhled, obrovský špičkový tlak, teplota nad jeden a půl tisíce stupňů. Pak nastupují vysokotlaké fáze pro řadu sloučenin - ringwoodit, diamant, stishovit, coezit. Kameny a minerály jsou drceny,jejich krystalové mřížky jsou zničeny, objevují se diaplektické minerály a skla, všechny horniny tají.
Hodnoty metamorfózy
Při hloubkovém studiu metamorfovaných hornin se kromě hlavních typů změn uvedených výše často používají některé další významy tohoto pojmu. Jedná se například o prográdní (nebo progresivní) metamorfózu, která probíhá za aktivní účasti endogenních procesů a zachovává pevný stav horniny bez rozpouštění nebo tavení. Spolu s výskytem vysokoteplotních asociací minerálů v místě existence nízkoteplotních dochází ke vzniku paralelních struktur, rekrystalizace a uvolňování oxidu uhličitého a vody z minerálů.
Regresivní metamorfóza (nebo retrográdní nebo monodiaftoréza) je také brána v úvahu. Minerální přeměny jsou v tomto případě způsobeny adaptací metamorfovaných hornin a magmatických hornin na nové podmínky v nižších fázích metamorfózy, což vedlo ke vzniku nízkoteplotních minerálů namísto vysokoteplotních. Vznikly během předchozích procesů metamorfózy. Selektivní metamorfóza je selektivní proces, ke změnám dochází selektivně, pouze v určitých částech sekvence. Zde je heterogenita chemického složení, vlastnosti struktury nebo textury a podobně.