Factores y métodos del metamorfismo

(1) Factores que causan el metamorfismo

Los principales factores que causan el metamorfismo son la temperatura, la presión y los fluidos químicamente activos.

1. Temperatura

La temperatura es a menudo el factor dominante que causa el metamorfismo de las rocas. Puede proporcionar la energía necesaria para el metamorfismo, haciendo que los átomos, iones o moléculas de los minerales en las rocas sean altamente móviles, lo que provoca una serie de reacciones químicas y cristalización. Al mismo tiempo, el aumento de la temperatura también puede aumentar la solubilidad de los minerales. permitiendo que más componentes minerales ingresen al fluido en los huecos de la roca, mejorando la permeabilidad, difusión y actividad química del fluido y promoviendo el proceso de metamorfismo. El rango de temperatura del metamorfismo puede oscilar entre 150 y 200 ℃ y entre 700 y 900 ℃.

Las principales razones del aumento de la temperatura de la roca son: ① La intrusión de magma aumenta la temperatura de la roca circundante; ② Cuando las rocas en la parte poco profunda de la corteza entran en partes más profundas, el calentamiento geotérmico provoca; la roca original a La temperatura aumenta; ③El calor aportado por el aumento del flujo de calor profundo aumenta la temperatura de la roca; ④El calor convertido de la energía mecánica cuando la roca se somete a extrusión mecánica o dislocación por fractura aumenta la temperatura de la roca. El calor es generalmente pequeño o más limitado.

2. Presión

La presión también es un factor importante en el metamorfismo. Según la naturaleza de la presión, se puede dividir en presión estática y presión dinámica.

La presión estática, también conocida como presión de confinamiento, es la presión causada por el peso de la roca suprayacente. Es homotrópico y aumenta con la profundidad. La función de la presión estática es comprimir las rocas, haciendo que la distancia entre los átomos, moléculas o iones de los minerales se reduzca, provocando que la estructura interna de los minerales cambie y se formen nuevos minerales con alta densidad y pequeño volumen. Por ejemplo, la andalucita (Al2 SiO5) se forma en un ambiente metamórfico con baja presión, con una densidad de 3,1 a 3,2 g/cm3 cuando aumenta la presión estática, puede transformarse en azul con la misma composición química pero menor volumen molecular; El spar (Al2 SiO5) tiene una densidad de 3,56~3,68 g/cm3.

La presión dinámica es la presión direccional generada por el movimiento tectónico. Dado que la presión dinámica sólo existe en una dirección determinada, en las rocas se producen diferencias de presión en diferentes direcciones. Esta diferencia de presión es de gran importancia en el metamorfismo. Puede causar la disolución por presión de los minerales, es decir, la disolución del mineral es fuerte en la dirección de la presión dinámica paralela, y el material disuelto migra para precipitar en la dirección de la presión dinámica vertical, provocando la rediferenciación y agregación de minerales en la roca original. resultando en una disposición direccional de los minerales. La presión dinámica también puede romper o deformar la roca original, transformando así la estructura y estructura de la roca original.

3. Fluido químicamente activo

El fluido químicamente activo se refiere a un fluido altamente volátil y móvil que existe en los huecos de las rocas durante el metamorfismo. Los componentes de este fluido son principalmente H2O y CO2, y contienen una variedad de otras sustancias volátiles y componentes minerales disueltos. En condiciones de alta temperatura y presión subterránea, este fluido a menudo existe en un estado mixto inestable de gas y líquido, por lo que tiene una fuerte actividad física y química y desempeña un papel muy importante en el proceso metamórfico.

Los fluidos químicamente activos pueden promover la disolución y migración de componentes minerales y provocar cambios en la composición de la roca original; además, este fluido es de gran importancia como medio para reacciones químicas entre sólidos. Debido a que las reacciones químicas entre sólidos implican el intercambio de componentes materiales, esta reacción es extremadamente lenta sin un medio fluido; al mismo tiempo, el propio fluido también participa activamente en diversas reacciones químicas de metamorfismo; Reduce en gran medida la temperatura de refundición de las rocas y reduce el límite de alta temperatura del metamorfismo.

Los fluidos químicamente reactivos provienen de diversas fuentes. Estos incluyen el agua de los poros que ya existía en los huecos de la roca, sustancias volátiles como H2 O y CO2 precipitadas de la estructura mineral durante el metamorfismo, componentes volátiles separados del magma y fluidos hidrotermales profundos que se elevan de forma diferenciada desde las profundidades del subsuelo.

Cabe señalar que los distintos factores metamórficos mencionados anteriormente muchas veces cooperan entre sí y transforman las rocas simultáneamente. Sin embargo, los factores que desempeñan un papel importante en diferentes situaciones serán diferentes, por lo que el metamorfismo mostrará diferentes características en consecuencia.

(2) Métodos de metamorfismo

Bajo la influencia de la temperatura, la presión y los fluidos químicamente activos, la roca original puede sufrir cambios en la composición, estructura y estructura del material. Pero ¿cómo se logra este cambio? Comprender la forma en que ocurre el metamorfismo nos ayuda a comprender el proceso del metamorfismo. Los métodos del metamorfismo son extremadamente complejos y diversos, y los métodos principales son los siguientes.

1. Recristalización

Recristalización significa que en el estado sólido de la roca, el mismo mineral sufre una disolución limitada de partículas y una migración de componentes, y luego se recristaliza. Debido al papel de las partículas gruesas, Durante este proceso no se forman nuevos minerales. El ejemplo más típico es la recristalización de piedra caliza criptocristalina en mármol de grano grueso (el principal componente mineral es la calcita). La recristalización ya ocurre durante la diagénesis, pero es más intensa y frecuente durante el metamorfismo. La principal modificación de la roca original mediante la recristalización es aumentar el tamaño de las partículas, homogeneizar el tamaño relativo de las partículas y hacer que la forma de las partículas sea más regular.

2. Cristalización metamórfica (cristalización metamórfica)

La cristalización metamórfica se refiere a la situación en la que la composición química general de la roca original permanece básicamente sin cambios dentro del rango de temperatura y presión del metamorfismo (. Excepto materia volátil), la transformación de minerales o combinaciones de minerales originales en nuevos minerales o combinaciones de minerales. Dado que este proceso de cambio en la mayoría de los casos implica la recombinación de varios componentes de la roca y se completa en forma de reacciones químicas, también se le llama recombinación o reacción metamórfica. Las principales características de la cristalización metamórfica son la formación de nuevos minerales y la desaparición de los minerales originales, y la composición química general de la roca permanece básicamente sin cambios antes y después de la reacción. Por ejemplo, la caolinita (mineral arcilloso), que se distribuye ampliamente en las rocas sedimentarias, puede formar andalucita y cuarzo después de una reacción metamórfica y deshidratación; la calcita y el SiO2 o el cuarzo pueden formar wollastonita y liberar CO2 después de sus reacciones metamórficas. :

Introducción a las Ciencias de la Tierra (Segunda Edición)

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3. Metasomatismo

Metasomatismo se refiere al reemplazo o intercambio de materiales entre fluidos químicamente activos y rocas sólidas durante el proceso metamórfico. Como resultado, no solo se forman nuevos minerales, sino que también cambia la composición química general de la roca. Por ejemplo, los fluidos que contienen Na+ reaccionan con el feldespato potásico para reemplazar el K+, formando un nuevo mineral albita (un tipo de plagioclasa):

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Las características del metasomatismo son: se lleva a cabo en estado sólido; el volumen total de la roca antes y después del metasomatismo permanece básicamente sin cambios; la disolución de los minerales originales y la formación de nuevos minerales se llevan a cabo de forma casi simultánea; Sistema abierto. La composición química general de la roca cambia antes y después de la reacción. El metasomatismo es relativamente común en el proceso metamórfico. Siempre que estén involucrados fluidos químicamente activos, siempre se producirán diversos grados de metasomatismo.

4. Diferenciación metamórfica (diferenciación metamórfica)

La diferenciación metamórfica se refiere al proceso en el que la roca original con composición uniforme se distribuye de manera desigual en la composición mineral después del metamorfismo. En la actualidad, se cree generalmente que la diferenciación metamórfica es causada por la agregación desigual de ciertos componentes minerales de la propia roca original mediante difusión en las condiciones físicas y químicas del metamorfismo. Se diferencia de la recristalización general en que los componentes migran dentro de un cierto rango en el espacio; también se diferencia del metasomatismo en que ningún componente se extrae del sistema ni se introduce desde el exterior; La diferenciación metamórfica juega un papel importante en el proceso de transformación de la estructura de la roca original. Puede provocar la agregación local de algunos minerales iguales o similares para formar características de distribución rayadas, planas o lineales, transformando así la estructura de la roca original y formando algunas formas de estructura rocosa exclusivas de las rocas metamórficas.