11. Геохимия процессов метаморфизма

Комплекс процессов, происходящих на определенных глубинах под влиянием изменений температур, давлений и химически активных веществ и приводящих к минеральным структурным преобразованиям горных пород, называется метаморфизмом.

Метаморфизм, при котором происходит замещение одних минералов другими, называется метасоматозом. Метаморфизм, протекающий хотя бы с частичным плавлением исходной породы, именуется ультраметаморфизмом.

Метаморфизм горных пород происходит под влиянием трех важнейших факторов: температуры окружающей среды, давления и концентрации ряда веществ в горных породах (включая состав межгранулярных растворов). В зависимости от ведущего значения того или другого фактора выделяют следующие виды метаморфизма горных пород:

1. Контактовый метаморфизм происходит во вмещающих породах при внедрении в них магматических расплавов. Резкое повышение температуры вмещающих пород вызывает тепловое воздействие внедряющейся магмы. В результате минеральное равновесие во вмещающей породе нарушается и происходит ее перекристаллизация. Контактовые ореолы вокруг массивов изверженых пород в некоторых случаях достигают значительных размеров. Однако существенной миграции химических элементов при контактовом метаморфизме без влияния процессов метасоматоза не происходит.

2. Динамометаморфизм — метаморфизм, обусловленный давлением (главный фактор). В него входит кластический метаморфизм и метаморфизм нагрузки. Динамометаморфизм заключается в динамических преобразованиях горных пород и минералов. Кластический метаморфизм приводит к разрывным деформациям пород с дроблением минеральных индивидов. При этом происходит образование катаклазитов и милонитов.

Несмотря на то что динамометаморфизм играет важную роль в петрологии и структурной геологии, в геохимическом аспекте роль его ничтожна. Динамические процессы метаморфизма не приводят к значительной миграции элементов. Они могут лишь замедлять или ускорять реакции, имеющие место при контактовом или региональном метаморфизме. Так, например, одностороннее давление понижает температуру химических реакций и обусловливает анизотропию среды, а это в свою очередь сказывается на процессах растворения и перекристаллизации.

3. Региональный метаморфизм — метаморфизм связанный с воздействием внутреннего тепла Земли. Он проявляется обычно на огромных площадях орогенных поясов, где геотермический градиент равен 35—50 град/км, что значительно выше, чем на платформах (15—35 град/км) и на щитах (10—15 град/км).

Таким образом, при региональном метаморфизме только погружение толщ горных пород на некоторую глубину, без влияния магматических масс, создает благоприятные условия для нарушения физико-химического равновесия в породах и для их минерально-структурной перестройки. Региональный метаморфизм, заключающийся в перекристаллизации вещества, приводит к огромным по объемам, но незначительным по масштабам перемещений химических элементов. Следствием этих перемещений (называемых в литературе о метаморфизме метаморфической диференциацией вещества) является образование своеобразных полосчатых, «гнейсоватых» текстур, характеризующихся чередованием полос («слоев») сиалических и фемических минералов, а соответственно характерных для каждой из этих групп акцессориев, а соответственно и местным перераспределением многих макро- и микроэлементов.

Иные масштабы имеют процессы метасоматического метаморфизма при миграции вещества в поровых растворах (диффузионный метасоматоз) и особенно вместе с движущимися водными растворами (инфильтрационный метасоматоз). Метасоматическое образование имеют скарны, грейзены, беризиты, листвениты, и др. Принципиального отличия от гидротермального метасоматоза, описанного выше, здесь нет. Различия заключаются лишь в том, с чем связаны очаги формирующихся рудоносных растворов: областями регионального прогрева пород или локальными участками, связанными с остывающими магматическими очагами.

Д.С.Коржинский для кальций-магниевого диффузионного и инфильтрационного метасоматоза (образования магнезиальных скарнов) установил следующий ряд подвижности компонентов: H₂O,CO₂,S,SO₃,K₂O,Na₂O,F,CaO,O₂,FeO,P₂O₅,BaO,MgO,SiO₂,Al₂O₃,Fe₂O₃,TiO₂.