METAMORFNÉ PROCESY

VZNIK METAMORFOVANÝCH HORNÍN

M.C.Escher

Metamorfóza – endogénny geologický proces, pri ktorom vznikajú metamorfované (premenené) horniny

metamorfný proces zahrňuje mineralogické zmeny a štruktúrne usporiadanie resp. preusporiadanie (rekonfigurácia) pôvodných magmatických, sedimentárnych a metamorfovaných hornín

za metamorfózu považujeme len také zmeny hornín, ktoré prebiehajú v tuhom stave, pri teplotách vyšších ako 200°C v hĺbke väčšej ako 1km

najvýznamnejšie činitele metamorfózy sú teplota (T) a tlak (p)

významnú úlohu má

• orientované napätie (stress),

• chemická aktivita fluíd

• doba trvania

postupnosť metamorfózy ílovcov

minerálna asociácia metamorfovanej horniny slúži ako geotermometer /geobarometer

Faktory ovplyvňujúce charakter metamorfovaných hornín

metamorfné horniny vystupujúce na zemskom povrchu vznikali v hĺbkach cca 10 – 30km, hlbšie / intenzívnejšie metamorfované horniny sa vyskytujú na zemskom povrchu len zriedkavo v hlboko erodovaných orogénnych pásmach

zdrojom hlavných faktorov metamorfózy sú teplota a tlak

vnútorné teplo Zeme → geotermický gradient

magma → výstup do vyšších častí kôry

hmotnosť nadložia → hmotnosť hornín

horizontálne tlaky → deformácia hornín

Vplyv teploty

urýchľuje chemické reakcie → vibrácia iónov v kryštálových štruktúrach

parciálne tavenie – roztavenie horniny → vznik novej magmatickej taveniny → vznik novej horniny

minerály môžu byť stabilné len za daných teplotných (a tlakových) podmienok

Vplyv tlaku a napätia

geostatický – všesmerný tlak → tlak, ktorý pôsobí rovnako na všetky povrchy horninového telesa

orientovaný tlak – napätie → pôsobí v jednom prednostnom smere / tektonické tlaky

minerály majú pri vyššom tlaku tendenciu prebudovať usporiadanie kryštálovej štruktúry /mriežky → minerály vznikajúce pri vyšších tlakoch majú vyššiu hustotu resp. mernú hmotnosť

väčšina metamorfovaných hornín vykazuje účinky pôsobenia tektonických síl

tieto sú zvyčajne diferencované v rôznych smeroch → diferenčné (orientované) napätie

orientovaný tlak – napätie – tektonické napätie → vyvoláva prednostnú tvarovú orientáciu geologických objektov a má vplyv na štruktúru metamorfovaných hornín

Chemická aktivita fluíd pri metamorfóze

• intergranulárne (medzizrnové) fluidá – uzatvárané v priestore medzi jednotlivými minerálnymi zrnami

• zloženie reflektuje zloženie horniny, teplotu a tlak

• zmenou teploty a tlaku sa mení zloženie fluíd

• veľká časť intergranulárnych fluíd migruje už počas diagenetických pochodov v hornine

Čas pri kryštalizácii

teplota, tlak a dlhý reakčný čas podmieňujú rast väčších kryštálov pri metamorfóze

TYPY METAMORFÓZY

Kontaktná metamorfóza

dominantným faktorom je teplota

metamorfný účinok klesá smerom od kontaktu → metamorfné zóny (kontaktná aureola)

veľkosť kontaktnej aureoly závisí:

• od chemického zloženia intrúzie

• teploty intrúzie

• veľkosti intrúzie a jej tvaru

• viskozity a obsahu fluíd

Regionálna metamorfóza

• prevažná časť metamorfovaných hornín je produktom regionálnej resp. dynamicko-termálnej metamorfózy

• regionálne metamorfované horniny sa vyznačujú usmernenými štruktúrami – foliáciou

• vyskytujú sa v deformovaných a erodovaných častiach jadrových pohorí kde sa najintenzívnejšie uplatňuje tlak (orientovaný, všesmerný) a teplota (aj teplota vznikajúca trením dosiek)

• v závislosti na meniacich sa pT (tlakovo teplotných) podmienkach môže pôvodná hornina byť metamorfovaná na rôzne druhy metamorfovanej horniny napr. bazalt pri nízkych pT podmienkach rekryštalizuje na zelenú bridlicu, pri vyšších pT podmienkach na amfibolit

Progresívna (prográdna) a retrográdna metamorfóza

• progresívna metamorfóza je postupná progresívna zmena pT podmienok metamorfózy → zvyšovanie tlaku a teploty

• tento proces môže môže dosiahnuť až stupeň anatexie → čiastočného roztavenia horniny za vzniku vzájomne oddeliteľných ľahšie taviteľných komponentov a neroztaveného zvyšku, ktoré sa koncentrujú napr. v pásikoch horniny → migmatit

retrográdna metamorfóza – diaftoréza

• pôvodne vyššie metamorfované horniny sa dostávajú do nižších pT podmienok (často účinkuje hlavne orientovaný tlak)

• horniny vzniknuté diaftorézou nazývame diaftority

Šoková metamorfóza

je zvláštnym prípadom metamorfózy, ktorej podlahnú horniny za krátkodobo pôsobiacich často extrémnych pT podmienkach pri dopade extraterestrických telies – impakty

horniny, ktoré takto vznikajú → tektity → roztavené, vymrštené a utuhnuté fragmenty horniny napr. vltavíny

Kataklastická metamorfóza

katakláza → lámanie, drvenie

kataklastická metamorfóza vzniká pri nižších teplotách a hlavne prí pôsobení orientovaného tlaku kedy dochádza k mechanickej deštrukcii horniny za vzniku kataklazitov resp. mylonitov (mýlon = mlyn)

Hydrotermálna metamorfóza

hydroterma = horúci roztok

k hydrotermálnej metamorfóza dochádza najčastejšie v oblasti stredooceánskych chrbtov (vulkanické oblasti)

horúce roztoky alterujú okolité horniny → metamorfóza oceánskeho dna

Indexové minerály, metamorfné izogrády a metamorfné zóny

za indexové minerály označujeme tie, ktoré kryštalizujú v pomerne úzkom rozmedzí tlakov a teplôt napr. andaluzit, silimanit a distén

vyčlenil metamorfné izogrády a metamorfné zóny → chloritová zóna atď.

George Barrow na Škótskej vysočine opísal rôzne metamorfované horniny, ktorých východzou horninou boli ílovité bridlice pričom pozoroval, že v daných horninách sa pri rôznom metamorfnom postihu objavovali iné minerály → minerálna asociácia pričom každá minerálna asociácia obsahovala iné indexové minerály

postupnosť indexových minerálov pri zvyšujúcich sa pT podmienkach chlorit → biotit → granát → staurolit → distén → silimanit

ŠTRUKTÚRY METAMORFOVANÝCH HORNÍN

štruktúra metamorfovaných hornín je ovplyvnená veľkosťou, tvarom a usporiadaním komponentov, ktoré tvoria horninu

- časť štruktúr môže byť zdedená z materských hornín

Foliácia a kliváž

foliácia je súbor viac alebo menej zvlnených paralelných plôch vytvorených v metamorfovnom procese, foliácia je negenetický – deskriptívny termín (najčastejším prípadom foliácie je bridličnatosť - schistosity)

kliváž je súbor viac alebo menej paralelných plôch vytvorených v metamorfnom procese kolmo na smer pôsobenia orientovaného tlaku (genetický termín – cleavage)

Porfyroblastické štruktúry

minerály vznikajúce počas metamorfózy môžu narastať do kryštálov, ktorých veľkosť presahuje minerály v okolnej hornine (matrix) → novotvorené minerály = porfyroblasty

najčastejšie porfyroblasty sú tvorené živcom, granátom, staurolitom ...

Deformačné štruktúry

najvýraznejšie sa deformačné štruktúry prejavujú v napr. mylonitoch

deformácia môže predchádzať metamorfózu, byť súčasná alebo nasledovať po metamorfóze – preddeformačná – syndeformačná – postdeformačná

hornina môže zaznamenať viac metamorfných / deformačných udalostí → polymetamorfóza

METAMORFOVANÉ HORNINY

metamorfované horniny sú tie, ktoré vznikli z metamorfnými procesmi z pôvodných sedimentárnych, magmatických a metamorfovaných hornín

metasomatóza – je metamorfóza s prínosom iónov (chemických prvkov) z externých zdrojov

vápence a mramory sú najčastejšími hostiteľskými horninami pre metasomatické ložiská

Metamorfné fácie

metamorfované horniny, ktoré majú rovnaké minerálne zloženie (indexové minerály) a kryštalizovali v podobných pT podmienkach sú zaraďované do tej istej metamorfnej fácie