1.1 Факторы метаморфизма.

1.1.1 Температура

Основными факторами метаморфизма являются: температура, давление и химически активные вещества – растворы и газы. Рассмотрим их роль.

Температура – влияет на: процессы минералообразования, скорость химических реакций, степень перекристаллизации пород. В условиях повышения температуры происходят такие эндотермические реакции как дегидратация и декарбонатизация. Например:

Al₄[Si₄O₁₀] (OH)₈→2Al₂O[SiO₄]+4H₂O+2SiO₂

каолинит андалузит

CaCO₃+SiO₂ → CaSiO₃+CO₂

кальцит волластонит

С ростом температуры происходят метаморфические реакции с разложением водосодержащих фаз (хлориты, слюды, амфиболы).

Принимая во внимание, что метаморфизм протекает при сохранении породами твердого состояния, можно считать, что температурный диапазон определяется нижним температурным пределом в 300–400^о, а верхний – в 900–1000^о, т.е. температурой плавления наиболее распространенных горных пород.

При температурах более 600 С начинается частичное плавление некоторых пород, образуются расплавы, которые уходят на верхние горизонты, оставляя тугоплавкий остаток – рестит.

Давно известна закономерность, по которой температура повышается с глубиной, а степень повышения температуры называется геотермальным градиентом и измеряется в градусах на километр. Линия же, отражающая зависимость температуры от глубины называется геотермой. В большинстве геодинамических обстановок значения геотермального градиента варьируют от 15 до 30 о/км, однако в экстремальных случаях колебания могут быть значительно шире - от 5 до 60 о/км. О современных геотермальных градиентах можно судить по поверхностному тепловому потоку, наиболее высокие значения которого отмечаются в зонах океанического спрединга, а низкие - в пределах "старой" океанической коры. Региональные вариации поверхностного теплового потока определяются сочетанием трех разных возможных источников тепла: 1) мантийный тепловой поток; 2) выделение тепла за счет радиоактивного распада в коре; 3) тепло, связанное с внедряющимися в кору магматическими телами. 

1.1.2 Давление.

Поскольку процессы метаморфизма проявляются на значительных глубинах, давление играет существенную роль. В геологии давление принято оценивать в барах или килобарах. В последнее время нередко используются единицы системы SI. Соотношение единиц в разных системах исчисления выглядит следующим образом: 1 бар = 0.987 атмосфер = 105 паскалей. Вариации давлений при метаморфизме достаточно широки и варьируют в большинстве комплексов от 2.5 до 12 кбар. Однако в случаях проявления метаморфизма высоких или ультравысоких давлений, которые будут рассмотрены в главе 4, значения давления могут достигать 12-18 и 30-40 кбар соответственно. Основное значение при процессах метаморфизма играет литостатическое давление (Рлит), обусловленное нагрузкой вышележащих пород. Литостатическое давление прямо пропорционально глубине, а градиент давления варьирует от 0.26 до 0.32 кбар/км в зависимости от плотности перекрывающих пород. Очень важным является также понятие флюидное давление (Рфл), под которым понимается давление порового и межзернового флюида в породе. В большинстве случаев принимается, что Рфл=Рлит, однако это условие далеко не всегда может соблюдаться. Давление флюида может превышать литостатическое, и в таком случае применяют термин "флюидное сверхдавление". Именно последнее использовалось для объяснения природы повышенных давлений при глаукофансланцевом метаморфизме (Добрецов, 1974). Флюидное сверхдавление может служить дополнительным фактором, влияющим на реологию (Rubie, 1983), но вряд ли способно превышать литостатическое в несколько раз. Следует отметить, что возможность проявления сверхдавления в некоторых обстановках, то есть давления, превышающего литостатическое, постоянно обсуждается в геологической литературе. Об одном из его вариантов (флюидное сверхдавление) мы уже говорили, а второй относится к тектоническому сверхдавлению. Предполагалось, что в процессе быстрых тектонических смещений (например, в зонах разломов) возникающее давление будет существенно превышать литостатическое. Однако позднее, при изучении францисканских метаморфических пород, характеризующихся высокими давлениями при метаморфизме В.П.Эрнст (Ernst, 1971) сделал важный и обоснованный вывод: "Ни экспериментальное изучение прочности минералов, ни детальное петрографическое картирование, ни метаморфически-стратиграфические хронологические отношения не дают никаких оснований для выдвижения гипотезы о проявлении избыточного тектонического давления в региональном масштабе".