Учебное пособие для студентов специальности I 51. 01. 01 " Геология и разведка месторождений полезных ископаемых"

9.3. Метаморфизм минералов

Из островных силикатов характерны минералы группы граната и эпидота. Из-за ажурности структуры многие каркасные силикаты неустойчивы в условиях метаморфизма.

Химический состав минерала зависит от степени его метаморфизма. Приведем несколько примеров:

1. 
   Состав плагиоклаза определяется конкретными термодинамическими условиями и при повышении степени метаморфизма изменяется текстура альбита через смеси Ca–Na-плагиоклазов до анортита.
   
2. 
   В.В. Закруткиным (1968) были изучены 400 образцов биотитов из амфиболитовой и гранулитовой фаций различных регионов Земли. Результаты исследований с использованием математической статистики свидетельствуют о большой разнице составов биотитов различной степени метаморфизма, что обусловлено различными концентрациями элементов во вмещающих породах и степенью метаморфизма биотита. При повышении степени метаморфизма в биотитах увеличивается содержание K, Al (VI), Ti, (Fe, Mg), но понижается количество Na, Al (IV), Fe³⁺, (OH). При этом изменения величины некоторых элементов стабильны и могут служить критерием для определения степени метаморфизма биотита по содержанию K, Al (VI), Ti.
   
3. 
   Амфиболы подобны губке, которая может поглощать разнообразные ионы. Это приводит к образованию разновидностей этого минерала, присущих каждой метаморфической фации: а) актинолит – фация зеленых сланцев; б) роговая обманка с примесью эденитовой молекулы – эпидот-амфиболитовая фация; в) обыкновенная роговая обманка – амфиболитовая фация; г) гистингсит – гранулитовая фация.
   

Аналогично ведут себя и другие породообразующие минералы: гранаты, калиевые полевые шпаты, кальцит и др. Приспосабливаемость химизма минералов к меняющимся термодинамическим условиям наиболее ярко проявляется в минералах сложного химического состава (слюды, амфиболы, гранаты, полевые шпаты), устойчивых в широком интервале температур и давлений.

В метаморфических породах ведущие элементы земной коры Si, Al, Fe, Mg, Na, K, Ti меняют свои концентрации в минералах в зависимости от температур и давлений.

В минералах изменяется также содержание многих редких элементов, что ведет к общему геохимическому эффекту. Редкие элементы изменяют при метаморфизме свои концентрации в следующих минералах: плагиоклазах (Ba, Sr, Rb), биотитах (Ge, Y, Mn), гранатах (Ge, Y, Mn), пироксенах (Ti, Al).

Степень насыщенности минералов теми или иными элементами неодинакова. Наименьшей способностью концентрировать редкие элементы характеризуется кварц. Цветные минералы насыщены ими в значительно большей степени. Магнетит обладает максимальной способностью концентрировать редкие элементы с малыми и средними ионными радиусами.

Обильный фактический материл по химическому составу метаморфических пород недостаточно систематизирован. Однако имеющиеся данные позволяют сделать следующий вывод: весь комплекс метаморфических процессов обуславливает дифференциацию вещества в планетарных масштабах. Доказательством этого положения служат породы различных фаций метаморфизма, которые должны отличаться своим общим химическим составом. Например, породы гранулитовой фации в сравнении с породами метаморфизма амфиболитовой фации значительно обогащены Al, Ca, Ti и обеднены K, Na, Fe, Si. Изменения содержания Mg и Fe неопределенны.

Прогрессивный метаморфизм приводит к дегидратации пород. Движение водных растворов всегда восходящее. Следовательно, выносятся Si, H, K, Na, O и другие элементы из областей высокой степени метаморфизма в области пониженных температур и давлений.

В результате региональных метаморфических процессов происходит геохимическая дифференциация вещества литосферы: нижние горизонты обедняются Si, K, H, O, Na и относительно обогащаются малоподвижными элементами Mg, Fe, Ti, Al. В геохимической дифференциации большую роль играет палингенезис (анатексис) – выплавление магмаподобных расплавов в результате ультраметаморфизма. Возникающие при ультраметаморфизме расплавы гранитного состава поднимаются в верхние коровые горизонты и приводят к миграции легких гранитофильных элементов.

Представить планетарные масштабы роли метаморфизма в дифференциации вещества земной коры можно, если учесть данные по пространственному расположению геоизотерм и геоизобар, соответствующих давлениям и температурам начала гранитизации и палингенезиса (анатексиса). Схематически это можно представить диаграммой Дж. Розенквиста (рис. 17).

Рис. 17. Схема метаморфических фаций (по Дж. Розенквисту, 1952)