Метаморфизм

Метаморфизм. Алғаш рет “метаморфизм” (грекше “метаморфоз»- өзгеріске ұшырау) геологиялық термин ретінде ағылшын ғалымы Ч. Лайелдің (1825 ж.) ұсынысы бойынша ғылыми әдебиеттерге еніп, сонан бері осы уақытқа дейін қолданылып келеді.

Тау жыныстары жер қойнауында эндогендік әрекеттерге байланысты әр түрлі термодинамикалық жағдайда (р, Т) азды-көпті өзгерістерге (минералдық құрамы, құрылымдық және текстуралық құрылысы жағынан алғанда) ұшырап, қайта кристалданады, басқаша айтқанда алғашқы түр-сипатын жоғалтады.

Кейде тау жынысының минералдық құрамы аздап өзгергенімен, оның жалпы химиялық құрамы бұрынғыша сақталуы мүмкін. Ал басқа бір жағдайда кейбір элементтер (оның алғашқы құрамын құрайтын) сыртқы ортадан ауысқан басқа бір элементтермен орын алмастырып, тау жынысының құрамы едәуір өзгереді. Олардың текстуралық және құрылымдық өзгерістері қайта кристалдану әрекеттеріне байланысты байқалады. Бұл әрекеттердің барысында тау жыныстары әдетте қатты күйінде сақталады. Өте сирек жағдайда (тек терең қабаттарда ғана) метаморфизм әрекеттері олардың жартылай немесе толық балқуымен сипатталады.

Метаморфизм әрекеттерінің дамуына әсерін тигізетін негізгі факторлар — жоғары температура (Т), жоғары қысым (р) және химиялық активті заттар (флюидтер) болып саналады. Флюидтер деп, құрамы натрий, калий, кальций, фтор, бор, күкірт иондарынан және көмір қыш-қылынан тұратын ыстық сулы ерітінділерді айтады. Метаморфизм әрекеттеріне тау жыныстарының барлық турлері де ұшырауы мүмкін.

Температураныц жоғарылауына байланысты химиялық реакция жылдамдығының тез артуы байқалады. Мысалы, температура 10°С-қа көтерілсе, химиялық реакция жылдамдығы екі есе артады; ал 100°С-қа көтерілген жағдайда мың есе артады.

Температураның жоғарылауы екі жағдайға байланысты: 1) тау жыныстарының терең қабаттарға қарай шөгіп, алғашқы орындарынан ауысып орналасу жағдайында, геотермиялық градиент (33 м сайын 1°С-қа) бойынша жоғарылайды; 2) жоғары қабаттарға қарай көтерілген ыстык. магманың қызу әсеріне байланысты. Сонымен қатар терең қабаттық ыстық ерітінділер (флюидтердің) де әсерін тигізеді.

Көпшілік ғалымдардың пікірі бойынша, метаморфизм әрекеттері 250—800°С аралығында жүріп жатады.

Қысым күштері — петростатикалық (жан-жақты), бүйірлік (белгілі бір бағытта) немесе стрестік қысым болып ажыратылады.

Петростатикалық қысым күштерінің ұлғаюы тау жыныстарының жалпы массасына және олардың терең қабаттарға қарай шөгуімен тікелей байланысты. Тереңдік пен қысымның арасындағы қарым-қатынас төмендегі цифрлар арқылы анықталады: әрбір 3 км-ге тереңдеген сайын қысым 100 МПа-ға артып отырады. Егер мета-морфизм әрекеттері 10 км-ден 500 км-ге дейінгі аралықта күшті дамиды деп санасақ, бүл жағдайда петростатикалық қысым 400—1500 МПа шамасында болуға тиісті. Петростатикалық қысымның артуы тау жыныстарының жалпы көлемінің өзгеруіне және тығыздығы өте жоғары (меншікті көлемі аз) минералдардың құралуына әкеліп соғады. Сонымен қатар, петростатикалық қысым минералдардың балқу температурасын да жоғарылатады. Соның нәтижесінде, минералдардың қатты күйде қайта түзілу мүмкіндігінің температуралық шекарасы кеңейеді. Мұндай жағдай текстурасы біркелкі болып келетін тау жыныстарының түзілуіне мүмкіндік туғызады.

Бүйірлік қысым (стресс) белгілі бір бағытта байқалатын дислокациялық қозғалыстардың қарқынды түрде дамуы нәтижесінде пайда болады. Мұндай қозғалыстар тау жыныстарын құрайтын минералдардың кеңістікте белгілі бір бағытта созыла орналасуына (белгілі бірі заңдылық бойынша), басқаша айтқанда минералдардың деформациялық өзгерістеріне әкеліп соғады. Осын-дай жағдайда тау жыныстарын кұрайтын минералдар тақталанып (мысалы, тақта тастар) қат-қабат текстура түзіледі. Кейбір жағдайларда тау жыныстары бөлшектеніп, сонын, нәтижесінде олардың сүзгіштік (фильтрациялық) қасиеті артады. Соған байланысты терең қабаттық флюидтер (ыстық су ерітінділері мен ұшпалы компоненттер) циркуляциялық айналымға емін-еркін араласады. Бағытталған қысым күштері (стресс) жер қыртысының жоғарғы қабаттарында қарқынды түрде дамиды. Жер қыртысына тереңдеген сайын (петростатикалық қысым күштерінің арта түсуіне байланысты) стрестік қысым күшінің әсері біртіндеп азая береді.

Химиялық активті заттар (ыстық газдар, ыстық буы және көмір қышқыл газы, құрамында натрий, кальций, фтор, бор, күкірт, хлор және т. б. элементтердіі иондары бар ыстық су ерітінділері) құрамы күрделі ыстық су ерітінділері түрінде жаңа минералдардың түзілуінде катализатордың ролін атқарып, кристалда{ арасындағы реакцияларды тездетеді; кейде ескі минралдарды жаңа минералдармен алмастырады.

Д. С. Коржинский, В. А. Жариков, А. А. Маракушев және т. б. ғалымдардың пікірлері бойынша мұндай флюидтердің жаратылысы мантиялық деп саналады. О жердің терең қабаттарынан жоғары қарай көтерілу барысында жол-жөнекей кездескен тау жыныстарын басып өтіп, әр түрлі минерализаторлармен қанығып, метаморфизм-нің активті агенттерінің біріне айналады. Бұларда басқа, магманың құрамынан бөлініп шығатын ыстық ерітінділердің де мантиялық флюидтер құрамында циркуляциялық үлкен айналымға қатысатындығын айтуға болады.

Геологиялық уақыт өлшемі метаморфтық әрекеттердің дамуында өзіндік роль атқарады. Өйткені олар белгі; бір геологиялық мерзім аралығында байқалып, ұзақ уақыт бойы жүріп жатады. Бірақ тау жыныстары неғұрлым ескі болса, соғұрлым метаморфизм әсері жоғары болады деп санасақ қателескен болар едік. Метаморфизм әрекеттерінің дамуына әсерін тигізетін негізгі энергия көзі — магмалық және тектоника-лық процестермен тығыз байланысты. Олар көбінесе жер қыртысы-ның қозғалмалы аймақтарында (геосинклиналдық аймақтарда) жиі, ал тыныштық күйдегі платформалық аймақтарда сирек байқалады.

Метаморфизм әрекеттеріне ұшыраған тау жыныстарының өзгерістері әр түрлі болып кездеседі: бір жағдайда (жабық жүйеде) тау жыныстарының алғашқы құрамы бұрынғыша сақталып (мысалы, ізбесті тас мраморға айналған жағдайда), тек құрылымдық текстуралық өзгерістерге ғана ұшырайды. Мұндай метаморфизм — изохимиялық деп аталады; ал егер олар (алғашқы құрамы өзгеріп) химиялық алмасу реакцияларымен (ашық жүйеде) сипатталатын болса, метасоматикалық (аллохимиялық) метаморфизм деп аталады. Бұл жағдайда тау жыныстарының жалпы көлемі өзгеріссіз, бұрынғы мөлшерде сақталады. Басқаша айтқанда, қоршаған ортамен иондық алмасу процестері байқалады.