Metamorfisms ģeoloģijā — iežu pārveidošanās, cēloņi un veidi

Metamorfisms ģeoloģijā — uzzini, kā karstums, spiediens un aktīvi šķidrumi pārveido iežus, to cēloņus, veidus un nozīmi Zemes garozas procesos.

Metamorfisms ģeoloģijā ir iežu struktūras, tekstūras vai sastāva izmaiņas, kas notiek iezim saglabājoties cietā stāvoklī. (Ieži — cietu vielu kopums, kas sastāv no viena vai vairākiem zemes garozu veidojošiem minerāliem.) Šīs pārmaiņas izraisa minerālu pārorientēšanos un pārvērtības, ja mainās apkārtējie fizikālie un ķīmiskie apstākļi, piemēram, temperatūra, spiediens vai ķīmiski aktīvi šķidrumi.

Zinātnisko pētījumu par iežiem sauc par petroloģiju, un tajā ietilpst arī metamorfisko procesu izpēte, to ietekme uz minerālu sastāvu, tekstūrām un reģionālo ģeoloģisko vēsturi.

Saskaņā ar iežu izcelsmi iežus parasti iedala trīs galvenajās klasēs — magmatiskie (vulkāniskie vai plutoniskie), nogulumieži un metamorfie ieži. Metamorfie ieži rodas karstuma, deformējoša spiediena, bīdes sprieguma, karstu vai ķīmiski aktīvu šķidrumu iedarbības vai šo faktoru kombinācijas rezultātā. Visas šīs pārmaiņas notiek, kamēr iezis pamatā paliek cietā stāvoklī; tas ir galvenais metamorfisma princips.

Galvenie metamorfisma faktori (agensi)

• Temperatūra: paaugstināta temperatūra veicina minerālu pārrakstīšanos, kristālu izaugšanu un rekristalizāciju. Raksturīgas izmaiņas sākas jau pie dažiem simtiem grādu pēc Celsija.
• Spiediens: konfinējošais (hidrostatiskā) spiediens un diferencētais (deformējošais) spiediens ietekmē minerālu blīvumu, orientāciju un stabilitāti.
• Deformācija un bīde: tektoniskās kustības rada folāciju, lineāciju un mehānisku pārkristalizāciju.
• Ķīmiski aktīvi šķidrumi (metasomatiskie procesi): šķidrumi palīdz pārvietot jonu masas, atvieglojot jaunu minerālu veidošanos un ķīmiskās sastāva izmaiņas.
• Laiks: metamorfiskās pārmaiņas nozīmē pakāpeniskas reakcijas; ilgāks laiks bieži ļauj veidoties lielākiem kristāliem un stabilākām minerālu kombinācijām.

Metamorfisma veidi

• Reģionālais (orogēnais) metamorfisms: plašos zonu laukos, saistīts ar kalnu veidošanos; raksturīgs augsts spiediens un temperatūra, plaša folācija un pārbūve.
• Kontakta (termālais) metamorfisms: lokāla pārbūve ap magmas intruzijām; dominē temperatūra, bieži veidojas bez slāņošanās (non-foliated) ieži kā hornfels.
• Dinamisks metamorfisms (lokāla shearing): notiek gar nobrukuma līnijām un tektoniskajām plāksnēm, kur dominē mehāniskā deformācija.
• Hidrotermaisks metamorfisms: karstu šķidrumu cirkulācija maina ķīmisko sastāvu un minerālu sastāvu (metasomatisms).
• Aizsūtītais (impact/šoka) metamorfisms: meteorītu trieciena rezultātā rodas augsts spiediens un īslaicīgs sakars — raksturīgas šoka struktūras un specifiski minerāli.
• Kapsulācijas un apsēšanās metamorfisms: dziļas nogulumu pakāpes un daļējas pārbūves rezultātā (piemēram, burial metamorphism).

Tekstūras, struktūras un minerālu pārvērtības

Metamorfisms rada virkni izmaiņu iežu tekstūrā un strukturā — no smalkgrūdas slate un phyllite līdz rupjgrūdainiem schist un gneiss. Galvenie procesi:

• Rekristalizācija: esošo minerālu graudi kļūst lielāki vai maina formu bez ķīmiskā sastāva lielām izmaiņām.
• Neomorfisms: viens minerāls pārtop citā ar tādu pašu ķīmisko sastāvu bet citā kristāliskā formā.
• Foliācija un schlierēšana: minerālu plaknis vai lentešu sadalījums, ko izraisa diferencētais spiediens vai plūsma.
• Porfiroblastu veidošanās: lielāki kristāli (piem., garnets) iesprostoti smalkākā matricā.

Metamorfiskais grāds, indeksa minerāli un facijas

Metamorfiskais grāds raksturo temperatūras un spiediena intensitāti. Zema grāda ieži satur tādus indeksa minerālus kā chlorite un muskovīts, vidēja grāda — biotīts, garnets, bet augstā grāda — kianīts vai sillimanīts. Parasti tiek minēta minerālu secība: chlorite → biotite → garnet → staurolite → kyanite → sillimanite, kas norāda uz pakāpenisku pieaugumu P–T apstākļos.

Metamorfiskās facijas (piem., zeolite, greenschist, amphibolite, granulite, blueschist, eclogite) palīdz interpretēt konkrētas P–T kombinācijas un protolitus.

Biežāk sastopamie metamorfie iežu pāri (protolits → metamorfīts)

• Šāļas/argilie nogulumi → slate → phyllite → schist → gneiss
• Smiltis/smiltakmens → quartzite
• Dolomīts/limonīts → marble
• Basalts → amphibolite vai, pie ļoti augsta spiediena, eclogite

Praktiska nozīme un pētījumu metodes

Metamorfie ieži sniedz svarīgu informāciju par tektonisko vēsturi, dziļuma un temperatūras apstākļiem agrākos ģeoloģiskos posmos. Tie ir būtiski arī ekonomiskai ģeoloģijai — dažas metamorfitātes zonas satur ekonomiski nozīmīgas minerālu koncentrācijas (piem., svina, cinka, vara, zelta minerālizācija). Metodēs ietilpst minerālu petrogrāfija (mikroskopiska analīze), geokimiskās analīzes, izotopu datēšana un geotermobarometrija (P–T rekonstrukcija).

Piezīmes par atgriezenisko procesu

Retrogrāds metamorfisms (atdzišana un atspiedums) bieži prasa šķidrumu pieplūdi, lai notiktu minerālu pārveidošanās atpakaļ uz zemākiem P–T apstākļiem; bez šķidrumiem daži augstspiediena minerāli saglabājas metastabilā stāvoklī.

Secinājums: Metamorfisms ir centrāls process Zemes garozas evolūcijā — tas pārvērš iežus, fiksē tektoniskā un termālā vēsture un rada daudzveidīgas tekstūras, minerālus un iežu tipus, kuriem ir gan zinātniska, gan praktiska nozīme.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ģeoloģijā ir metamorfisms?

J: Ko sauc par zinātnisku iežu pētniecību?

J: Kā klasificē iežus atkarībā no to izcelsmes?

J: Kādi faktori izraisa metamorfismu iežos?

J: Kas notiek ar iežu masīva fizikālajām īpašībām, kad notiek metamorfisms?

J: Kad saskaņā ar teoriju veidojas ieži?

J: Kas izraisa metamorfismu iežos?

Meklēt pēc burta