ГлавнаяМетаморфизм является одним из самых масштабных геологических процессов на Земле, затрагивающим все типы пород - осадочные, магматические и даже метаморфические. Начиная с поверхностных и приповерхностных условий, где преобразования происходят в подошве лавовых потоков и в областях гидротермальной деятельности, метаморфизм простирается до границы нижней мантии с ядром (глубина ~2900 км, давление ~1300 кбар), охватывая, таким образом, основные объемы коры и мантии Земли. Большинство этих пород так и остаются в недрах планеты из-за отсутствия эффективных процессов эксгумации. Наиболее глубинные метаморфические породы - эклогиты, гранатовые перидотиты, карбонатно-силикатные породы, пироповые кварциты и др. - выносятся из мантии на поверхность Земли кимберлитовыми расплавами или тектоническими процессами. Например, алмазоносные карбонатно-силикатные породы из Кокчетавского массива в Казахстане (рис. 10.3) были образованы на глубине более 180 км и впоследствии эксгумированы в ходе континентальной коллизии.
Основной объем информации о метаморфических породах (и процессах) а наиболее глубинных участках мантии черпается из экспериментальных, термодинамических и геофизических данных.
Нижняя температурная граница метаморфизма находится в диапазоне температур 100-200°С. Она устанавливается по появлению в осадочных и магматических породах низкотемпературных метаморфических минералов (например, цеолитов, стильпномелана, хлоритов и т.д.). Обратим внимание, что единой температурной границы для метаморфизма быть не может, т.к. исходные породы различаются по минеральному и химическому составу (в разных породах протекают разные минеральные реакции), степени их пористости (более плотные породы сложнее метаморфизовать, чем рыхлые). Кроме того, исходные породы подвергаются воздействию разного по составу флюида, а без водосодержащего флюида метаморфические реакции при столь низких температурах не идут вовсе.
Верхняя температурная граница метаморфизма в случае термального (и барического) воздействия на породу формально определяется ее ликвидусом, т.е. полным плавлением. В действительности это условие реализуется крайне редко и в ограниченных объемах (например, при ассимиляции легкоплавких вмещающих пород крупными плутонами). Термальные условия в коре и мантии Земли даже в архее редко достигали ликвидуса тех пород, которые подвергались частичному плавлению. Наиболее высокие температуры корового метаморфизма (900-1000°C при 7-13 кбар) фиксируются в раннедокембрийских породах гранулитовых комплексов (например, комплекс Лимпопо в ЮАР, Восточный Гатс в Индии и др.). Среди мантийных пород рекордсменами являются гранатовые лерцолиты. Температуры метаморфизма в них достигали 1300°С при давлении до 60 кбар.
Толщи горных пород находятся преимущественно в твердом состоянии, а в тех случаях, когда преодолеваются термодинамические условия солидуса, начинается частичное плавление. Тогда одновременно протекают два процесса - магматический и метаморфический. Плавление метаморфических пород в присутствии водного флюида может начаться уже при относительно низкой температуре 650-700°С. Флюид при этом может привноситься извне, либо генерироваться in situ разлагающимися водосодержащими минералами. На ранних этапах развития Земли процесс частичного плавления (анатексис) в присутствии флюида имел планетарный масштаб, обеспечивая рост континентальной коры.
Частичное плавление коровых пород, в отличие от мантийных, приводит к образованию кислых расплавов. Последние, в виду высокой вязкости, очень часто сохраняются в исходном субстрате. Так образуются весьма специфические породы - мигматиты (от греч. "мигма" -смесь), сложенные чередующимися и проникающими друг в друга метаморфическим субстратом, имеющим темный цвет и основной состав, и светлым гранитным материалом (рис. 10.4а). Степень плавления породы сильно зависит от ее химического состава и температуры (рис. 10.4б). Так, амфиболит при 800°C и отсутствии водного флюида не плавится, а в биотит-мусковитовых гнейсах степень плавления при таких же условиях достигает 19%. При 1000°C из амфиболита может выплавиться до 35% расплава, в то время как из гнейса - 78%.
