ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΑ ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ - Από τη Διαγένεση στον Μεταμορφισμό

ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΑ ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ - Από τη Διαγένεση στον Μεταμορφισμό - Impactites

14.4.18

ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΑ ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ

(Σημειώσεις)

(Απαιτούνται γνώσεις κρυσταλλογραφίας ορυκτολογίας και πετρολογίας)

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ

ΟΡΙΣΜΟΙ

ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ

Ονοματολογία

ΦΥΛΛΩΣΗ (foliation)

ΥΦΗ (fabric)

ΙΣΤΟΙ (texture)

ΓΡΑΜΜΩΣΗ (lineation)

ΕΙΔΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΣΗΣ-ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ

ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΣΗ ΕΠΑΦΗΣ.

Πυρομεταμόρφωση

Μεταμορφισμός ανάφλεξης (combustion).

Μεταμορφισμός αστραπής

Κερατίτες (Hornfels)

Αδινόλης (Adinole)

Dike

Impactites (ιπακτίτες- πετρώματα πρόσκρουσης) -Τεκτίτες

ΥΔΡΟΘΕΡΜΙΚΗ

ΔΥΝΑΜΙΚΗ

ΠΕΡΙΟΧΙΚΗ Ή ΓΕΝΙΚΗ

Μεταμορφικός διαφορισμός

ΜΕΤΑΜΟΡΦΙΚΕΣ ΦΑΣΕΙΣ-ΖΩΝΕΣ-ΙΣΟΒΑΘΜΕΣ

ΤΡΙΓΩΝΙΚΑ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ ΣΥΣΤΑΣΕΩΝ

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΚΑΙ ΜΕΤΑΜΟΡΦΙΣΜΟΣ

ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΤΙΚΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ

ΑΠΟ ΤΗ ΔΙΑΓΕΝΕΣΗ ΣΤΟΝ ΜΕΤΑΜΟΡΦΙΣΜΟ

ΟΡΙΣΜΟΙ

Μεταμορφωμένα πετρώματα προκύπτουν από άλλα προϋπάρχοντα μετά από ιστολογικές, ορυκτολογικές και χημικές μεταβολές τις οποίες υφίστανται χωρίς να περάσουν από το στάδιο της ολικής τήξης σε συνθήκες πίεσης (Ρ) και θερμοκρασίας (Τ) υψηλοτέρων της επιφάνειας.

The Subcommision on the Systematics of Metamorphic Rocks (SCMR) η οποία έχει συσταθεί από την Διεθνή Ένωση Γεωλογικών Επιστημών (IUGS) καθόρισε τον ορισμό της μεταμόρφωσης ως ακολούθως:

“Metamorphism is a subsolidus process leading to changes in mineralogy and/or texture (for example grain size) and often in chemical composition in a rock. These changes are due to physical and/or chemical conditions that differ from those normally occurring at the surface of planets and in zones of cementation and diagenesis below this surface. They may coexist with partial melting.”

"Η μεταμόρφωση είναι μια υποστέρεα διεργασία που οδηγεί σε ορυκτολογικές ή/και ιστολογικές (π.χ. μέγεθος κόκκων) μετατροπές, συχνά δε και στη χημική σύσταση ενός πετρώματος. Αυτές οι αλλαγές οφείλονται σε φυσικές ή/και σε χημικές συνθήκες που διαφέρουν από εκείνες που συνήθως επικρατούν στην επιφάνεια των πλανητών και στην κάτω από αυτή, ζώνες εδραίωσης και διαγένεσης. Μπορούν να συνυπάρχουν με την μερική τήξη.”

Μια διαφορετική διατύπωση του ορισμού μπορεί να είναι:

Ο μεταμορφισμός είναι μια υποστέρια (subsolidus) διεργασία η οποία οδηγεί σε αλλαγές της ορυκτολογικής και δομικής σύνθεσης του πετρώματος οφειλόμενες σε μεταβολές της θερμοκρασίας, πίεσης και στην επίδραση των χημικά ενεργών ρευστών χωρίς το πέτρωμα να φθάσει σε κατάσταση τήξης. Αυτή η διεργασία τροποποιεί το αρχικό πέτρωμα σε μεταμορφωμένο ενώ παραμένει κάτω από το σημείο τήξης.

(Ο όρος “subsolidus” δίνει έμφαση στο ότι το πέτρωμα μεταμορφώθηκε χωρίς τήξη.)

Τα αρχικά πετρώματα λέγονται πρωτόλιθοι.

Είδη πρωτόλιθων

1.Υπερμαφικοί:πολύ μεγάλη αναλογία σε Mg, Fe, Ni,Cr.

2. Μαφικοί: μεγάλη αναλογία σε Mg, Fe, Ca.

3. Σχιστοπηλοί: μεγάλη αναλογία σε Al,K,Si.

4. Ανθρακικοί: μεγάλη αναλογία σε Ca. Mg CO₂.

5. Χαλαζιακοί: μόνο SiO₂

6.Χαλαζιο- αστριούχοι: μεγάλη αναλογία σε Si, Na, K, Al

Για να χαρακτηριστεί ένα πέτρωμα ως μεταμορφωμένο θα πρέπει να έχει υποστεί μία από τις δύο βασικές μεταμορφωτικές τροποποιήσεις:

Νεορυκτογένεση: σχηματισμός νέων ορυκτών από καταστραμμένα προϋπάρχοντα (μητρικά).

Ιστολογική μετάπλαση: χαρακτηρίζουμε:

α) την παραμόρφωση (όχι μεταμόρφωση) δηλ., την κάμψη ή θρυμματισμό των αρχικών πετρωμάτων.

β) την ανακρυστάλλωση όπου σχηματίζονται κρύσταλλοι ορυκτών στη θέση προϋπαρχόντων κρυστάλλων του ίδιου ορυκτού.

Μακροσκοπικά θα πρέπει να αναζητήσουμε την μεταμορφική στρωμάτωση δηλ. την διάταξη των συσσωματωμένων ορυκτών σε ευθεία ή σε έντονη πτύχωση. Τα μεταμορφωμένα πετρώματα χαρακτηρίζονται από τον σχιστοφυή ιστό τους που είναι αποτέλεσμα της στρωσιφυούς ανακατάταξης κυρίως των φυλλόμορφων και ινόμορφων ορυκτών. Η παρουσία ορυκτών όπως: ανδαλουσίτης, κυανίτης, σιλλιμανίτης, ζοϊσίτης, γρανάτης, σταυρόλιθος, κορδιερίτης, επίδοτο, χλωρίτες, τάλκης ακτινόλιθος, τρεμολίτης, γλαυκοφανής, θεωρούνται δείκτες των μεταμορφωμένων πετρωμάτων καθώς δεν συναντώνται ή είναι επουσιώδη σε άλλα πετρώματα.

Βαθμοί μεταμόρφωσης

Ο βαθμός μεταμόρφωσης ορίζεται ως το θερμοκρασιακό περιβάλλον που λαμβάνει χώρα η μεταμόρφωση ανεξάρτητα από το είδος.

Υψηλού βαθμού:>500⁰C και μέχρι του σημείου που αρχίζει η τήξη, πέρα απ’ αυτό δημιουργούνται πυριγενή πετρώματα.

Μέσου βαθμού:320⁰C – 500⁰C

Χαμηλού βαθμού:100⁰*C - 320⁰C μεταμορφωμένα πετρώματα χαρακτηρίζονται από ένυδρα ορυκτά. Αυξανόμενος ο βαθμός μεταμόρφωσης τα ένυδρα αντιδρούν με άλλα άνυδρα και χάνουν το νερό.

*(αναλύεται στην ενότητα «από την διαγένεση στον μεταμορφισμό»).

ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ

Ονοματολογία

Στην ονοματολογία των μεταμορφωμένων πετρωμάτων το πρόθεμα ορθο- αναφέρεται σε μεταμορφωμένα πετρώματα από πυριγενή μητρικά ενώ το παρα- από ιζηματογενή.

Στον παρακάτω πίνακα περιγράφεται ο τρόπος ονοματολογίας των μεταμορφωμένων πετρωμάτων από την SCMR:

Οι τρείς γενικοί προσδιοριστικοί όροι των μεταμορφωμένων πετρωμάτων από την SCMR

Η SCMR καθόρισε ότι οι πλέον καταλληλότεροι προσδιοριστικοί όροι είναι εκείνοι που αντικατοπτρίζουν τόσο τον βαθμό της δυνατότητας να παρουσιάσει το πέτρωμα σχασιμότητα (fissility) όσο και την ανάπτυξη της σχιστότητάς (schistocity) του. Οι όροι που καθορίστηκαν είναι και καλώς εδραιωμένοι στη γεωλογική βιβλιογραφία και γενικώς αποδεκτοί καθώς καταδεικνύουν τους διαφορετικούς βαθμούς σχασιμότητας: σχιστόλιθος (schist), γνεύσιος (gneiss) και γρανοβλαστίτης (granofels):

Σχιστόλιθος (schist)

Πέτρωμα με πολύ καλή ανεπτυγμένη σχιστότητα. Στον όρο αυτό περιλαμβάνονται όλα τα πετρώματα της συγκεκριμένης σχιστότητας όπως αργιλικοί σχιστόλιθοι (slates), μαρμαρυγιακοί σχιστόλιθοι (mica schist) σχιστοπηλοί (shales) και φυλλίτες (phylites).

Γνεύσιος (gneiss)

Πέτρωμα με μέγεθος κόκκων αυτό των λατύπων (κλίμακα του Wentworth), με φτωχή ανάπτυξη σχιστότητας και με ουσιώδη ορυκτά άστριους και χαλαζία. Έχει κλιμακωτή – στρωματοειδή δομή με εναλλαγές μαφικών και σαλικών ορυκτών που οφείλονται στις ιστολογικές και δομικές παραλλαγές. Θεωρείται προϊόν μέσου έως υψηλού βαθμού μεταμόρφωσης.

Γρανοβλαστίτης (granofels)

Συμπαγές, χωρίς σχιστότητα, γρανοβλαστικό πέτρωμα με καλώς διαβαθμισμένους λατύπους χαλαζία και άστριων και επουσιώδη γρανάτη και πυρόξενο με υφή γνευσίου. Ο όρος εισήχθει από τον Goldsmith (1959) για να περιγράψει την απουσία σχιστότητας του πετρώματος. Ο προηγούμενος όρος γρανουλίτης επειδή παρουσίαζε λιθολογικές ασυμβατότητες θεωρήθηκε ακατάλληλος. Προσομοιάζει με τον βασικό γρανουλίτη.

Ο όρος granofels τον υιοθέτησε η SCMR για να περιγράψει πετρώματα περιοχικής μεταμόρφωσης που ομοιάζουν με κερατίτες (οι οποίοι προέρχονται από μεταμόρφωση επαφής).

Πρέπει ακόμη να διευκρινίσουμε του όρους cleavage (σχίσιμο), slaty (σχιστώδης) cleavage, fissility (σχάσιμο), schistocity (σχιστότητα) και foliation (φύλλωση), (από την SCMR).

Cleavage: είναι η ιδιότητα του πετρώματος να διαιρείται σε ομάδες παράλληλων ή υποπαράλληλων επιπέδων: σχισμός.

Slaty cleavage: είναι αποτέλεσμα συμπίεσης, όπου συνήθως σε “μαλακά” πετρώματα προκαλεί θρυμματισμό της αρχικής στρωμάτωσης ώστε οι κόκκοι να μην είναι ορατοί με γυμνό οφθαλμό, αλλά και με τη δυνατότητα της σύγχρονης ανάπτυξης νεών ορυκτών: διατμητικός σχισμός.

Fissility: είναι η δομή που παρατηρείται σε “σκληρά” κυρίως πετρώματα τα οποία έχουν διαχωρισθεί, κατά την γένεσή τους, σε παράλληλα ελάσματα: σχασιμότητα.

ΦΥΛΛΩΣΗ (foliation)

Η πλειονότητα των μεταμορφωμένων πετρωμάτων χαρακτηρίζεται από φύλλωση καθώς έχουν σχηματιστεί σε περιβάλλοντα διαφορικής πίεσης ή διατμητικής τάσης.

Οι παρακάτω εικόνες δείχνουν τέσσερεις χαρακτηριστικές περιπτώσεις: 1) την φύλλωση του αργιλικού σχιστόλιθου με διασπώμενη σχιστοειδή φύλλωση, 2) του φυλλίτη με φύλλωση καλής σχιστότητας, 3) του μαρμαρυγιακού σχιστόλιθου με συνεχή σχιστοειδή φύλλωση και 4) του γνεύσιου.

Ο βαθμός μεταμόρφωσης αυξάνεται από το 1 προς το 4.

Η φύλλωση ορίζεται ως η επίπεδη διαβρωτική δομή η οποία είναι αποτέλεσμα της σχεδόν παράλληλης κατά σειρά παράταξης των φυλλοπυριτικών ορυκτών ή/και ως η δόμηση της στρωμάτωσης των πετρωμάτων. Η φύλλωση ακολουθεί τον επικρατούντα προσανατολισμό των φυλλοπυριτικών όπως είναι τα αργιλικά ορυκτά, οι μαρμαρυγίες και οι χλωρίτες. Περισσότερες από ένα είδος φυλλώσεις και διαφορετικών προσανατολισμών μπορεί να εμφανίζονται σ’ ένα πέτρωμα.

Επιμήκεις ή φακοειδείς κόκκοι μπορεί να αναπτύσσονται σε επίπεδα με επικρατούντα προσανατολισμό.

Η διαφορική Ρ που ασκείται σ’ ένα πέτρωμα διαχωρίζεται σε σ1 ως η μέγιστη, σ3 ως η μικρότερη και σ2 ενδιάμεση. Στο σχήμα 1 φαίνονται τα αποτελέσματα διαφορικής πίεσης σε μεταμόρφωση.

Ορυκτά τα οποία κρυσταλλώνονται κάτω από συνθήκες διαφορικής Ρ αναπτύσσουν ένα επικρατούντα προσανατολισμό όπως στα φυλλοπυριτικά και γενικώς στα ορυκτά που έχουν τη τάση επιμήκυνσης, αναπτύσσουν ένα επιμήκη προσανατολισμό κάθετο στη διεύθυνση της Ρ (σχήμα2).

Οι σχιστοπηλοί αναπτύσσουν σχιστότητα που οφείλεται στον επικρατούντα προσανατολισμό των αργιλικών ορυκτών τα οποία έχουν τα επίπεδα {001} (δείκτης Miller) προσανατολισμένα παράλληλα στην στρώση. Αυτές οι αρχικές επιφανειακές στρώσεις ορίζονται ως S0 (σχήμα 3). Είναι συνήθως χαμηλού βαθμού μεταμόρφωσης.

Οι αργιλικοί σχιστόλιθοι σχηματίζονται σε χαμηλό βαθμό μεταμόρφωσης από λεπτόκοκκο χλωρίτη και αργιλικά ορυκτά. Παρουσιάζουν σχιστότητα σε μεγάλες επιφάνειες αποχωρισμού, σχεδόν επίπεδες, οι οποίες ακολουθούν το επικρατούντα προσανατολισμό των φυλλοπυριτικών σε γωνία ως προς την αρχική στρώση. Αυτού του είδους η φύλλωση ονομάζεται S1 (σχήμα 4).

Οι σχιστόλιθοι έχουν αυξανόμενο μέγεθος κόκκων ορυκτών ευθέως ανάλογο με την αύξηση του μεταμορφικού βαθμού, αναπτύσσοντας μία σχεδόν επίπεδη φύλλωση. Το χαρακτηριστικό της σχιστότητάς τους είναι ότι ο χαλαζίας και οι άστριοι δεν προσανατολίζονται, σε αντίθεση με τα φυλλοπυριτικά (σχήμα 5).

Γνεύσιοι: Με την αύξηση του βαθμού μεταμόρφωσης τα φυλλοπυριτικά γίνονται περισσότερο ασταθή και μαφικά (μελανόχρωμα) όπως η κεροστίλβη και οι πυρόξενοι, τα οποία με τη διεργασία του μεταμορφικού διαφορισμού (αναλύεται παρακάτω), εμφανίζουν ευδιάκριτες στρώσεις μέσα στο πέτρωμα, γνωστή ως γνευσιακή στρωμάτωση δηλ. διαχωρισμός ορυκτών συστατικών κατά στρώματα. Αυτά τα μαφικά έχουν τη τάση να σχηματίζουν επιμήκη κρυστάλλους διαμορφώνοντας έναν επικρατούντα προσανατολισμό κάθετο στη σ1 (σχήμα 6).

Γρανουλίτης: Στον μεγαλύτερο βαθμό μεταμόρφωσης τα ορυκτά γίνονται ασταθή με αποτέλεσμα να μην είναι δυνατός ο προσανατολισμός και ομοιάζουν με τη φανερωτική υφή των πυριγενών (σχήμα7).

Φυλλίτης: Πέτρωμα, χαμηλού μεταμορφικού βαθμού, με λεπτό έως μεσαίου μεγέθους κόκκο χαρακτηρίζεται από στιλπνή λάμψη με πολύ καλή αναπτυγμένη σχιστότητα η οποία είναι αποτέλεσμα της παράλληλης διευθέτησης των φυλλοπυριτικών.

ΥΦΗ (fabric)

Η υφή ορίζεται ως η χωροταξική και γεωμετρική τοποθέτηση των συστατικών του πετρώματος, τα οποία προσδίδουν στο πέτρωμα διάφορες μορφές. Κατ’ ουσίαν όμως, τα συστατικά θεωρούνται ότι χαρακτηρίζουν την υφή εφόσον ανασχηματίζουν επαναλαμβανόμενα τη μορφή του πετρώματος σε σχέση με τον προσανατολισμό τους. Έτσι ο γραμμικός προσανατολισμός δείχνει γραμμική υφή , ο επίπεδος επίπεδη υφή και η έλλειψη προσανατολισμού ορίζεται ως τυχαία υφή.

ΙΣΤΟΙ (texture)

Ο όρος ιστός χρησιμοποιείται για δύο περιπτώσεις. Η πιο κοινή έννοια του όρου είναι η χωροταξική διευθέτηση καθώς και το σχετικό μέγεθος των κόκκων που καθορίζονται από τα συνθετικά χαρακτηριστικά τους. Ο όρος χρησιμοποιήθηκε και για να εξηγήσει την παρουσία του επικρατούντος προσανατολισμού.

Η κατάληξη –βλαστικός υποδεικνύει ότι ο ιστός έχει δημιουργηθεί κατά τη διάρκεια της μεταμόρφωσης, από την ανακρυστάλλωση των ορυκτών.

Ιδιοβλαστικά ορυκτά: έχουν αναπτύξει σε ικανοποιητικό βαθμό τις έδρες τους.

Ξενοβλαστικά ορυκτά: δεν ανέπτυξαν κρυσταλλικές έδρες.

Τα ορυκτά των μεταμορφωμένων πετρωμάτων κατατάσσονται σε κρυσταλλοβλαστικές σειρές σύμφωνα με την τάση που έχουν να διαμορφώνονται σε ιδιοβλαστικά Στην σειρά των ορυκτών που ακολουθεί η ιδιοβλαστικότητα μειώνεται από πάνω προς τα κάτω:

- ρουτίλιο, μαγνητίτης, τιτανίτης

- τουρμαλίνης, κυανίτης, σταυρόλιθος, γρανάτης, ανδαλουσίτης

- επίδοτο, ζοϊσίτης, λωσονίτης, φορστερίτης

- πυρόξενοι, αμφίβολοι, βολλαστονίτης

- μαρμαρυγίες, χλωρίτες, τάλκης, στιλπνομέλανος*, πρενίτης**

- δολομίτης, ασβεστίτης

- σκαπόλιθος, κορδιερίτης, άστριοι

- χαλαζίας

*(K,Ca,Na)(Fe²⁺,Mg,Al)₈(Si,Al)₁₂(O,OH)₃₆ nH₂O (τρικλινές)

** Ca₂Al₂Si₃O₁₀(OH)₂(ρομβικό)

Ακόμη ένα χαρακτηριστικό των κρυσταλλοβλαστικών σειρών είναι ότι τα ορυκτά που είναι πρώτα στη παραπάνω κατάταξη έχουν αυξανόμενη τάση να αναπτύσσουν πορφυροβλάστες.

1.Γρανοβλαστικός (granoblastic/granofelsic): σε θερμικά μεταμορφωμένα πετρώματα με ισόμετρη ανάπτυξη του μεγέθους των ορυκτών. Διακρίνεται σε σχέση με το σχήμα των ορυκτών σε λοβοειδή και πολυγωνικό

2.Πορφυροβλαστικός σε θερμικά και περιοχικά μεταμορφωμένα πετρώματα η ανάπτυξη των κρυστάλλων ενός ορυκτού είναι μεγαλύτεροι από των υπόλοιπων ορυκτών. Αυτοί οι μεγάλοι κρύσταλλοι λέγονται πορφυροβλάστες.

3.Ποικιλοβλαστικός: αποτελείται από πορφυροβλάστες με ενσωματωμένα εγκλείσματα και χαρακτηρίζονται ως ποικιλοβλάστες.

4.Λεπιδοβλαστικός: παράλληλη ανάπτυξη φυλλόμορφων ορυκτών.

5.Ινοβλαστικός ιστός: παράλληλη ανάπτυξη ινόμορφων ή μακροπρισματικών ορυκτών.

6.Διαβλαστικός: αλληλοδιείσδυση τυχαία προσανατολισμένων πρισματικών ή φυλλόμορφων κρυστάλλων.

7 Μορφής δεματιού: ανάπτυξη πρισματικών ορυκτών σε συσσωματώματα με τη μορφή δεματιών.

ΓΡΑΜΜΩΣΗ (lineation): κάθε γραμμικό επαναλαμβανόμενο χαρακτηριστικό που διαπερνά το πέτρωμα. Καθορίζεται από τους παρακάτω πέντε τύπους:

1.γράμμωση με επιμήκεις σφηνοειδής κρυστάλλους ορυκτών,

2.γράμμωση με επιμήκεις κόκκους ορυκτών (ορυκτολογική γράμμωση),

3.εναλλασόμενη γράμμωση φακοειδών και επιμήκων κόκκων,

4.παράλληλη γράμμωση μικροπτυχώσεων και

5.γραμμική διατομή δύο φυλλώσεων.

Βασικοί παράγοντες για την ταξινόμηση των μεταμορφωμένων πετρωμάτων.

1. τα συσσωματωμένα ορυκτά,

2. η δομή του πετρώματος,

3. η κατάσταση του πετρώματος πριν τη μεταμόρφωση,

4. οι συνθήκες μεταμόρφωσης (κυρίως Ρ και Τ),

5. η χημική σύνθεση του πετρώματος

ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΣΗΣ

Θερμοκρασία (Τ)

Γεωθερμική ενέργεια: είναι η ενέργεια που προέρχεται από το εσωτερικό της Γης και οφείλεται στη σχάση των ραδιενεργών “γεωλογικών” στοιχείων:⁴⁰K, ²³⁸U και ²³²Th

Γεωθερμική βαθμίδα: δείχνει την σχέση θερμοκρασίας – βάθους η οποία εξαρτάται από τη θέση στη λιθόσφαιρα και από το είδος των πετρωμάτων και η τιμή της καθορίζει το ρυθμό αύξησης της θερμοκρασίας(Τ) παράλληλα με την αύξηση του βάθους(z).

Θερμική ροή (q): είναι η ποσότητα της θερμότητας που μεταφέρεται με αγωγή από το εσωτερικό της Γης προς την μονάδα επιφάνειας ανά μονάδα χρόνου (heat flux) και σύμφωνα με το νόμο του Fourier: q = ─ k·dT/dz σε W/m²,

όπου Κ= συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας, “─”= αρνητικό πρόσημο διότι η θερμότητα μεταφέρεται προς την κατεύθυνση κατά την οποία η θερμοκρασία μειώνεται και dT/dz: η γεωθερμική βαθμίδα.

Άρα ο θερμοκρασιακός παράγοντας της μεταμόρφωσης είναι η γεωθερμική βαθμίδα.

Τα όρια είναι 100⁰ – 750⁰C.

Πίεση (Ρ)

Λιθοστατική πίεση (Pl): είναι η πίεση που ασκείται από το βάρος των υπερκείμενων πετρωμάτων ώστε κάθε επιφάνεια του πετρώματος να δέχεται την ίδια πίεση. Κατά μέσο όρο η μεταμόρφωση ξεκινά από πίεση 1kb και βάθος 4χλμ. Έχουν όμως πιστοποιηθεί μεταμορφωμένα πετρώματα μέχρι βάθους 55χλμ με πίεση<15kb. Ασκείται ισόποσα από όλες τις κατευθύνσεις.

Πίεση ρευστής φάσης(Pf): Τα πετρώματα παρουσιάζουν ασυνέχειες (κενά) που πληρούνται από ρευστά (ρευστή φάση) τα οποία περιλαμβάνουν πτητικά συστατικά και ίχνη ορυκτών του πετρώματος. H κίνησή τους γίνεται με διάχυση κατά την οποία ασκούνται δυνάμεις στο εσωτερικό των πετρωμάτων και πρέπει να είναι Pf ≤Pl, διαφορετικά θα έχουμε θραύση των πετρωμάτων.

Διαφορική ή Τεκτονική πίεση (Pt): ασκείται στα πετρώματα από τις κινήσεις των λιθοσφαιρικών πλακών και ασκούνται παραμορφώσεις σε αντίθεση με την Pl. Οι ασκούμενες πιέσεις μπορεί να είναι διατμητικές (συγκλίνουσες) ή εφελκυστικές (αποκλίνουσες) αντίθετης φοράς. Δεν ασκείται ισόποσα από όλες τις κατευθύνσεις.

Κατάταξη της μεταμόρφωσης ως προς την ορυκτολογική και χημική σύσταση:

Ισοφασική: μεταβολή μόνο του ιστού του υπάρχοντος πετρώματος (γρανίτης → γνεύσιος)

Αλλοφασική: μεταβολή και του ιστού και της ορυκτολογικής σύστασης (άργιλος → γνεύσιος).

Ισοχημική: χωρίς αλλαγή στη γεωχημική σύσταση δηλ. το μητρικό και το μεταμορφωμένο πέτρωμα έχουν την ίδια ορυκτολογική και χημική σύσταση.

Αλλοχημική: αλλαγή της γεωχημικής σύστασης του μεταμορφωμένου από το μητρικό πέτρωμα με την εισαγωγή χημικών στοιχείων και την απομάκρυνση άλλων. Η μετασωμάτωση είναι μια αλλοχημική μεταμορφική διεργασία.

ΕΙΔΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΣΗΣ-ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ

ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΣΗ ΕΠΑΦΗΣ.

Βασικός παράγων είναι η Τ, που συνδυάζεται από χαμηλή Ρ και δεν συμμετέχουν παραμορφωτικές τάσεις. Το περιβάλλον είναι αυτό των μαγματικών διεισδύσεων δηλ. τα πετρώματα που έρχονται σε επαφή με το μάγμα μεταμορφώνονται θερμικά και σχηματίζεται μία άλω (στεφάνη) επαφής. Περιφερειακά της άλω τα πετρώματα δεν επηρεάζονται από το διεισδυτικό επεισόδιο. Τα παραγόμενα, εσωτερικά της άλω, πετρώματα χωρίς φύλλωση ονομάζονται κερατίτες (hornfels) μετά από επαφή μεταξύ γρανιτικού και αργιλικού πετρώματος.

Το πλάτος της άλως κυμαίνεται από 0,5 – 2,5 χλμ. Το μέγεθος εξαρτάται από τους παράγοντες που καθορίζουν την θερμότητα που διαφεύγει από τον πλουτωνίτη στα περιβάλλοντα πετρώματα.

Αυτοί οι παράγοντες είναι:

Το μέγεθος και η Τ της εισχώρησης: Καθορίζει πόση θερμότητα είναι διαθέσιμη να αποδοθεί στα περιβάλλοντα πετρώματα.

Η θερμική αγωγιμότητα των περιβάλλοντων πετρωμάτων: Καθορίζει τη θερμική ροή που θα μεταφερθεί στα περιβάλλοντα πετρώματα και η οποία εξαρτάται από την αρχική τους Τ.

Η λανθάνουσα θερμότητα της κρυσταλλοποίησης του μάγματος, εφόσον είναι μεγάλη προστίθεται στην μεταφερόμενη Τ.

Οι μεταμορφικές αντιδράσεις δεσμεύουν Τ η οποία δεν θα προστεθεί στη Τ της εισχώρησης.

Η ποσότητα του νερού και η διαπερατότητα των περιβάλλοντων πετρωμάτων στη διάδοση της Τ.

Η ένταση του μεταμορφισμού επαφής μειώνεται από τα εσωτερικά προς τα εξωτερικά μέρη της άλω. Θα πρέπει να διαχωρίζονται τα μεταμορφωτικά αποτελέσματα που οφείλονται από το μάγμα στα περιβάλλοντα πετρώματα (εξωμορφισμός) από εκείνα που προκαλούνται από τα πετρώματα που έρχονται σε επαφή με το μάγμα (ενδομορφισμός). Ο μεταμορφισμός επαφής που συνοδεύεται από σημαντική μεταφορά μάζας (αλλάζει την αρχική σύνθεση του πετρώματος) ονομάζεται μετασωματισμός επαφής.

Πυρομεταμόρφωση: είναι πολύ υψηλού βαθμού τύπος μεταμόρφωσης επαφής, που συναντάται σε ηφαιστειακά περιβάλλοντα με διεισδύσεις γύρω από αυτά ή κοντά στην επιφάνεια και χαρακτηρίζεται από ένα σύνολο ορυκτών σε συνθήκες ατμοσφαιρικής Ρ και πολύ υψηλής Τ. Τα κύρια ορυκτά του συνόλου είναι σπουρρίτης, τιλλεϋίτης, ρανκινίτης, λαρνίτης και μερβινίτης σε ανθρακικά πετρώματα ακόρεστα σε πυρίτιο, καθώς επίσης μουλίτης και ύαλος σε αργιλικά πετρώματα και τέλος τριδυμίτης και ύαλος σε υπερκορεσμένα σε πυρίτιο πετρώματα.

Στα δευτερεύοντα ορυκτά μπορεί να περιλαμβάνοντα μοντισελλίτης, μελιλίτης ,σκαβτίτης (scawtite Ca₇(Si₃O₉)₂CO₃2H₂O), βολλαστονίτης σε ανθρακικά πετρώματα καθώς και σανίδινο, σιλλιμανίτης, κορδιερίτης, κορούνδιο, σπινέλος και ορθοπυρόξενος σε αργιλικά πετρώματα.

Κάτω από Ρ – Τ συνθήκες πυρομεταμορφισμού πυριτικών και χαλαζιοαστριούχων πετρωμάτων εμφανίζονται διαφορετικά επίπεδα τήξης, τα οποία αναγνωρίζονται από την ύαλο μεταξύ των συστατικών των ορυκτών ή σπανίως από την μορφή των υαλωδών πετρωμάτων (μπουχίτες).

Να σημειωθεί ότι ο μεταμορφισμός επαφής που προέρχεται από ηφαιστειακά πετρώματα και από διεισδύσεις σε πετρώματα επιφάνειας, ορίζεται ως πυρομεταμορφισμός εφόσον τουλάχιστον ένα από τα παραπάνω ορυκτά εντοπίζεται. Διαφορετικά τα αποτελέσματα επαφής χαρακτηριζόταν ως χαμηλής Τ και είναι μεταμορφισμός επαφής.

Μεταμορφισμός ανάφλεξης (combustion).

Τύπος μεταμορφισμού επαφής τοπικής έκτασης σχηματιζόμενος από στιγμιαία ανάφλεξη που οφείλεται σε φυσικά αίτια όπως ασφαλτούχα πετρώματα, άνθρακες ή πετρέλαιο. Οι σχηματιζόμενες άλως δεν ξεπερνούν τα μερικά μέτρα.

Τοπικές διεργασίες μεταμόρφωσης που δεν συσχετίζονται με πυριγενή πηγή θερμότητας, επηρεάζουν πετρώματα και δημιουργούν μεταμορφικές άλω με τα ίδια πρότυπα των καθαρά μεταμορφικών άλω. Το σύνηθες αυτών των διεργασιών είναι ότι τα καιόμενα πετρώματα, θερμαντίδες (thermantides*) του Haüy, περικλείονται από καιόμενους γαιάνθρακες ή άλλα φυσικά καύσιμα.

(*ονόμασε τα ορυκτά υλικά που παρουσιάζουν ενδείξεις καύσεις τέτοιες ώστε να μην υαλοποιούνται και τα ξεχώρισε σε ηφαιστειακά και μή)

Πάντως υπάρχουν και άλλες πιθανές τοπικές πηγές ενέργειας οι οποίες έχουν ως αποτέλεσμα τον μεταμορφισμό, όπως: α) θερμικό «κτύπημα» από κεραυνό, β) φλεγόμενο εξωγήινο υλικό κατά την είσοδό του στην ατμόσφαιρα, γ) η τεκτονική μετατόπιση καυτού φλοιού ή τμήματα μανδύα σε ψυχρότερους ιζηματογενείς ή μετα- ιζηματογενείς σωρούς πετρωμάτων, δ) παροχή θερμότητας από δόμους γνεύσιων* στα πετρώματα που τους περικλείουν.

Ο προκύπτουν μεταμορφισμός συνήθως συνοδεύεται από τήγματα τα οποία κατά την ψύξη τους, εάν είναι κοντά στην επιφάνειά δημιουργούν ύαλο (α, β) και αν είναι σε βάθος μιγματίτες (γ, δ)

*Ο Escola πρότεινε ότι οι δόμοι γνεύσιων σχηματίζονται από την υπέρθεση δύο ορογενετικών επεισοδίων. Το πρώτο είναι η δημιουργία γρανιτικής βάσης ενώ το δεύτερο επανεκινεί και τήκει μερικώς την εν λόγω γρανιτική βάση προκαλώντας κάθετη αναστροφή της φλοιώδους πυκνότητας και την προς τα πάνω ροή του μεταμορφικού πυρήνα. Αυτή η πρόταση του Escola, ότι η αναστροφή της πυκνότητας είναι η αιτία του σχηματισμού των γνευσιακών δόμων, έθεσε τη βάση για το μετέπειτα .θεωρητικό μοντέλο το οποίο καθορίζει ότι ο μανδυακός γνευσιακός δόμος περιλαμβάνει πυρήνα γρανίτη, μιγματίτη και μεταμορφωτικά πετρώματα τα οποία υπερτίθενται σε πολυεπίπεδα μετα-ιζηματογενή ή μετα-ηφαιστειακά στρώματα.

Μεταμορφισμός αστραπής

Τύπος μεταμορφισμού επαφής σε τοπική έκταση που οφείλεται σε κτύπημα κεραυνού. Είναι ιδιαίτερος τύπος μεταμορφισμού καθώς πάρα πολύ μεγάλες Τ (2000⁰C) δημιουργούνται σε εξαιρετικά μικρό χρόνο και προκαλούν τήξη, εξάτμιση και ακραίες χημικές μετατροπές (με τον σχηματισμό μεταλλικών σφαιριδίων) στην επιφάνεια των πετρωμάτων. Συμπιεσμένα κύματα από την κρούση προκαλούν υαλώδεις φλοιούς, σωλήνες και σταγόνες τα οποία ονομάζονται φουλγκουρίτες (fulgurite).Επίσης συμπιεσμένα κύματα έχουν παρατηρηθεί σε μη τετηγμένους κόκκους ορυκτών.

Ζώνη επαφής skarn: Skarn ονομάζουμε τα πετρώματα που προέρχονται από μεταμόρφωση επαφής δολομιτικών ασβεστόλιθων έχοντας ανταλλάξει συστατικά από το εισερχόμενο μάγμα. Έτσι τα skarns περιλαμβάνουν ορυκτά: όπως ασβεστίτη και δολομίτη αλλά και λόγω μετασωμάτωσης, (αντιδράσεις με το πυρίτιο του μάγματος) έχουμε τα ορυκτά: ανδραδίτη, γροσσουλάριο, επίδοτο, βεζουβιανό, διοψίδιο και βολλαστονίτη.

Οι μεταβασίτες είναι ορθο-πετρώματα, που προέκυψαν από αρχικούς ανδεσιτοβασαλτικούς πρωτόλιθους και υπο-αλκαλικούς βασάλτες θολεϊτικής* σύστασης. Δηλαδή η διείσδυση έγινε σε πυριγενή πετρώματα.

(*θολεϊτικοί βασάλτες: μικροκρυσταλλική μάζα, με ίχνη ή καθόλου ολιβίνη και με ουσιώδη ορυκτά αυγίτη, υπερσθενή).

Κερατίτες (Hornfels)

Το όνομα κερατίτης χρησιμοποιείται ευρέως για πετρώματα επαφής υψηλού βαθμού μεταμόρφωσης που βρίσκονται στο εσωτερικό των άλω και η βασική σύνθεση είναι ορυκτά πυριτικά και οξειδίων σε ποικίλες αναλογίες. Είναι σκληρό συμπαγές πέτρωμα, ανεξάρτητα από το μέγεθος του κόκκου, με κερατώδη υφή και υποκογχώδη έως οδοντική θραύση. Μπορεί να διατηρεί κάποια δομικά χαρακτηριστικά από τους μητρικούς πρωτόλιθους όπως οι στρωματώσεις των ιζηματογενών ή μεταμορφικών. Διαφορετικοί τύποι κερατίτων μπορούν να ταξινομηθούν σύμφωνα με κριτήρια:

α) δομικά (πχ λεπτόκοκκα, χονδρόκκοκα, με στίγματα, με στρωμάτωση), β) χημικά (πχ αργιλικά οξείδια) και γ) ορυκτολογικά (πχ μαφικά , υπερμαφικά, κορδιερίτη-σιλλιμανίτη-σπινέλο κερατίτη, διοψίδιο-βολλαστονίτη-γρανάτη κερατίτη). Δεν δημιουργούνται αποκλειστικά και μόνο στο εσωτερικό μέρος της άλω επαφής.

Η μετάβαση από ένα αναλλοίωτο σχιστόλιθο σε κερατίτη χαρακτηρίζεται από τη σταδιακή απώλεια της αρχικής σχασιμότητας, αλλά η φύλλωση είναι δύσκολο να καταστραφεί και παραμένει ως συνθετική διαφοροποίηση ακόμη και στους καθαρούς κερατίτες. Κερατίτες με ίχνη της προϋπάρχουσας σχιστότητας ονομάζονται κερατοειδείς σχιστόλιθοι .

Μεταμόρφωση επαφής σε ασβεστόλιθους παράγει μάρμαρα χαλαζίτες τα οποία όμως σχηματίζονται και με την περιοχική μεταμόρφωση. Τα μάρμαρα επαφής δεν είναι κερατίτες.

Αδινόλης (Adinole)

Συμπαγές, λεπτόκοκκο πέτρωμα με ακιδωτή θραύση, συνήθως με λεπτή στρωμάτωση με εναλλαγή των γκρι πράσινων ή κόκκινων στρωμάτων με μεταβαλλόμενη ένταση χρώματος. Ορυκτολογικά αποτελείται κυρίως από λεπτόκοκκο έως πολύ λεπτόκοκκο αλβίτη και δευτερεύον με χαλαζία. Χημικά χαρακτηρίζεται από υψηλό ποσοστό (πάνω από 10%) Νa, το οποίο τον ξεχωρίζει από άλλα πετρώματα που ομοιάζουν με σκληρούς πυριτικούς σχιστοπηλούς.

Υπάρχουν δύο διαφορετικές ποικιλίες αδινόλης, σύμφωνα με τα γεωλογικά τους χαρακτηριστικά, αδινόλης επαφής που βρίσκεται στις άλω επαφής με δολεριτικές ασύμφωνες σωληνοειδείς διεισδύσεις (dykes*) και τοφφοειδής αδινόλης που βρίσκεται ως στρωματώσεις εντός μετα-ιζηματογενών αλληλουχιών.

Τα ενδιάμεσα στάδια της διεργασίας, εξακολουθούν να συντηρούν μέρος της αρχικής σχιστότητας, η οποία προξενεί κηλιδωτούς ή ριγωτούς σχιστόλιθους υψηλής περιεκτικότητας σε αλβίτη, και ονομάζονται αντίστοιχα σπιλοσίτης (spilosite) και δεσμοσίτης (desmosite).

Dike(dyke): η κάθετη έως πλάγια διείσδυση σωληνοειδούς ενσωμάτωσης μάγματος (πυριγενή πετρώματα), σε προϋπάρχοντα στρώματα, ως εκτατική διάρρηξη.

Impactites (ιπακτίτες- πετρώματα πρόσκρουσης)

Ο όρος “ιπακτίτες” αφορά τα πετρώματα τα οποία επηρεάζονται από μία ή περισσότερες συγκρούσεις με πλανητικά σώματα. Η ταξινόμηση βασίζεται στα απλά ή πολλαπλά προϊόντα της πρόσκρουσης. Είναι εφαρμόσιμη για γήινα και εξωγήινα πετρώματα όπως τα σεληνιακά, οι μετεωρίτες, αστεροειδείς. Τα βασικά κριτήρια ταξινόμησης εξαρτώνται από τους ιστούς, το βαθμό της μεταμορφικής κρούσης και τα λιθολογικά συστατικά. Η μεταμορφική κρούση (shock) είναι μη αναστρέψιμη γεωλογική μεταβολή οι οποία προκαλείται από τους κυματισμούς της κρούσης κατά την πρόσκρουση (shock waves) (σχήμα 1).

Επιπλέον κριτήρια για μία υποταξινόμηση των κυρίως τύπων των ιπακτίτων συσχετίζονται με τον τρόπο που έγινε το συμβάν ως προς τον κρατήρα πρόσκρουσης ή τα γεωλογικά χαρακτηριστικά των ιπακτίτων.

Ιπακτίτες απλής πρόσκρουσης

Κατατάσσονται σε 3 κατηγορίες ανεξάρτητα από τα γεωλογικά τους χαρακτηριστικά, τα οποία δεν είναι γνωστά για τα περισσότερα εξωγήινα πετρώματα όπως οι μετεωρίτες και τα σεληνιακά πετρώματα.

Κρουστικά (shocked) πετρώματα καθορίζονται ως μη λατυπογενή στα οποία φαίνονται ξεκάθαρα τα αποτελέσματα του μεταμορφικού κτυπήματος.

Λατυποπαγή πρόσκρουσης, διαχωρίζονται ανάλογα με την λιθολογική τους σύσταση σε λίθινα λατυποπαγή (lithic breccias) και σουεβίτες (suevites.) Αμφότερα είναι πολύμικτα λατυποπαγή με τη διαφορά ότι τα λίθινα είναι καθαρά κλαστικά ενώ οι σουεβίτες περιέχουν τηγμένα συστατικά και κλάστες ορυκτών.

Τεκτίτες (tektites) υαλώδη πετρώματα στρογγυλοποιημένα, με λακκοειδή επιφάνεια αποτελούμενα από πυριτική ύαλο τα οποία προήλθαν μετα από πρόσκρουση, υψηλής ταχύτητας, μετεωρίτη με γήινα πετρώματα. Ομοιάζουν με τα αντίστοιχα ηφαιστειακά (οψιδιανός) χωρίς να έχουν κανένα κοινό στοιχείο καθώς η χημική σύνθεσή τους ομοιάζει με σχιστοπηλούς ή με ιζηματογενή πετρώματα. Έχουν, συνήθως, το μέγεθος καρυδιού, αλλά ποικίλουν από λεπτόκοκκους μικροτεκτίτες με βάρος γραμμαρίων μέχρι τον ογκώδη τύπου Muong-Nong βάρους 13 κιλών. Οι τεκτίτες διαφέρουν και ως προς το χρώμα (μαύρο έως πράσινο και κίτρινο) και ως προ την ηλικία (35,5Ma έως 700Ka περίπου), τα οποία εξαρτώνται από την περιοχή που βρέθηκαν. Βασικό χαρακτηριστικό η μεγάλη περιεκτικότητα σε Si, από 70% στην Αυστραλία έως 98% στην Υαλώδη Έρημο της Λιβύης.

Ιπακτίτες πολλαπλής πρόσκρουσης, είναι γνωστά από τη Σελήνη και από τους μετεωρίτες ως τμήματα του κυρίως σώματος του μετεωρίτη και ταξινομούνται σε δύο κατηγορίες:

Ρεγκόλιθοι πρόσκρουσης(impact regolith) με μη ενοποιημένα συντρίμμια και λιθοποιημένοι ρεγκόλιθοι (shock lithified impact regolith) με ενοποιημένα συντρίμμια. Οι τελευταίοι υποδιαιρούνται σε λατυποπαγείς ρεγκόλιθους (regolith breccias) με τηγμένη δομή (matrix) και τηγμένα συστατικά ενώ τα θρυμματισμένα λατυποπαγή (fragmental/lithic breccias) δεν έχουν τηγμένη δομή. Σημειώστε ότι η τηγμένη δομή (matrix) σχηματίζεται τοπικά με ενδοκοκκώδη τήξη που προκαλείται από την λιθολογική διεργασία της κρούσης (shock) (σχήμα 2).

Οι ιπακτίτες σχηματίζονται κατά την διάρκεια μίας πολύπλοκης αλλά πολύ σύντομης ακολουθίας διεργασιών: Η συμπίεση της κρούσης στο πέτρωμα - στόχος (στάδιο συμπίεσης), η αποσυμπίεση και η μετακίνηση υλικού (στάδιο εκσκαφής) και η επικάθηση των πυροκλαστκών που πραγματοποιείται κατά την διάρκεια ή μετά την κατάρρευση της παροδικής κοιλότητας του κρατήρα (στάδιο τροποποίησης). (Σχήμα 1)

Συνεπώς τα πετρώματα που έχουν μεταμορφωθεί από την κρούση συνήθως παρουσιάζουν ανισορροπία και αναμιγνύονται με θρυμματισμένα πετρώματα και ορυκτά που δεν επηρεάστηκαν από την κρούση, σχηματίζοντάς πολύμικτα λατυποπαγή μέσα και γύρω από τον κρατήρα. Τέτοια είναι πολυεπίπεδοι σχηματισμοί κρούσης όπως τηγμένα κρουστικά πετρώματα, λατυποπαγή κρούσης καθώς και λατυποπαγείς dykes τα οποία απαντώνται μέσα στον κρατήρα αλλά επεκτείνονται και γύρω απ’ αυτόν ως συνεχή πυροκλαστική ροή συντριμμάτων (εγγύς ιπακτίτες) καθώς επίσης ως συνεχείς αεροπιπτώμενες επιστρώσεις ή ασυνεχείς πυροκλαστικές αποθέσεις όπως οι τεκτίτες (άπω ιπακτίτες). (Σχήμα 2).

Σχήμα2: Γεωλογική σύνθεση ιπακτίτων στη Γη. a) εγγύς και άπω ιπακτίτες, b) εγγύς ιπακτίτες για απλό κρατήρα πρόσκρουσης με διάμετρο 30μ έως 2-5χλμ, c) εγγύς ιπακτίτες για σύνθετο κρατήρα πρόσκρουσης με διάμετρο 5χλμ έως 50-60 χλμ.

ΥΔΡΟΘΕΡΜΙΚΗ: η ρευστή φάση είναι ο κυρίαρχος παράγων αυτής της μεταμορφωτικής διαδικασίας σε υψηλές Τ και σε ήπιες Ρ. Συναντάται κυρίως σε βασαλτικά πετρώματα στα οποία δεν υπάρχουν ένυδρα ορυκτά. Κατά την διαδικασία της υδροθερμικής μεταμόρφωσης μετατρέπονται σε Mg - Fe ένυδρα ορυκτά όπως: τάλκης, χλωρίτης, σερπεντίνης, ακτινόλιθος, τρεμολίτης, ζεόλιθοι καθώς και αργιλικά. Συχνά σχηματίζονται κοιτάσματα μεταλλευμάτων.

Σπιλίτης: Βασικό ηφαιστειακό ή υποφαιστειακό πέτρωμα το οποίο αποτελείται από ορυκτολογικές φάσεις πρασινοσχιστολιθικής όψης, όπως είναι ο αλβίτης και ο χλωρίτης. Οι χλωρίτες και οι ασβεστίτες εμφανίζονται σαν εγκλείσματα στον αλβίτη. Βρίσκονται ακόμη χλωρίτης, ασβεστίτης, χαλαζίας, επίδοτο και πρενίτης. Βασικό χαρακτηριστικό των σπιλίτων είναι ότι διατηρούν τον εκρηξιγενή χαρακτήρα, καθώς έχουν το βασάλτη (εκρηξιγενές πέτρωμα) ως πρωτόλιθο. Μπορούν να ταξινομηθούν ως μεταβασάλτες ή μετανδεσίτες.

Σερπεντινίτης: υδροθερμικής μεταμόρφωσης υπερμαφικών πετρωμάτων με κύρια ορυκτά αυτά της ομάδας του σερπεντίνη (αντιγορίτης, χρυσοτίλλης, λιζαρδίτης).

Σερπεντινίωση είναι χαμηλής Τ μεταμορφική διαδικασία: η εξαλλοίωση ορισμένων εκρηξιγενών βασικών πετρωμάτων (κυρίως περιδοτικών και γάββρων) και ο σχηματισμός σερπεντίνη από τον ολιβίνη και τους πυρόξενους που περιέχουν.

ΔΥΝΑΜΙΚΗ.

Βασικός παράγων είναι η λιθοστατική πίεση σε περιβάλλον χαμηλών Ρ και Τ. Επικρατούν ισχυρές παραμορφωτικές τάσεις και στην περίπτωση θραύσης των πετρωμάτων ορίζεται ως κατακλαστική παραμόρφωση. Εμφανίζεται συνήθως σε επιφάνειες ρηγμάτων επώθησης και ζώνες ολίσθησης.

Μυλωνίτης (mylonite): Ρηγματογενές πέτρωμα το οποίο σχηματίζεται μετά από παραμόρφωση που υπέστη μέσα σε ζώνη ολίσθησης. Είναι συμπαγές, χαρακτηρίζεται από καλά ανεπτυγμένη σχιστότητα η οποία είναι αποτέλεσμα της τεκτονικής παραμόρφωσης καθώς το μέγεθος του κόκκου τείνει να ελαττώνεται μέχρι λεπτόκοκκο. Εμφανίζουν ρευματώδη υφή που χαρακτηρίζεται από πολύ καλή στρωμάτωση και από την ευθυγράμμιση των συσσωματωμένων ορυκτών εκ των οποίων αυτά που έχουν μεγάλο μέγεθος ονομάζονται πορφυροκλάστες. Σε λίγες περιπτώσεις έχουμε θραύση ορυκτών αλλά αυτή αντιμετωπίζεται από την ελαστικότητα του πλέγματος των κόκκων.

Οι μυλωνίτες υποδιαιρούνται σε κατηγορίες σύμφωνα με το ποσοστό ελάττωσης του μεγέθους των κόκκων λόγω της τεκτονικής συμπίεσης: πρωτομυλωνίτες, μεσομυλωνίτες, και υπερμυλωνίτες. Οι πρωτόλιθοί τους συνήθως ονομάζονται γρανιτικοί μυλωνίτες .

Πρωτομυλωνίτες,: Ο μυλωνίτης που έχει υποστεί λιγότερο από 50 % ελάττωση του μεγέθους των κόκκων.

Μεσομυλωνίτες: Ο μυλωνίτης που έχει υποστεί περισσότερο από 50 % και λιγότερο από 90% ελάττωση του μεγέθους των κόκκων.

Υπερμυλωνίτες: Ο μυλωνίτης που έχει υποστεί περισσότερο από 90 % ελάττωση του μεγέθους των κόκκων.

Οφθαλμώδης (augen) μυλωνίτης: Περιλαμβάνει διακεκριμένους μεγάλους κρυστάλλους (πορφυροκλάστες) που περικλείονται από φυλλώδη λεπτόκοκκο υλικό.

Βλαστομυλωνίτης ο μυλωνίτης που παρουσιάζει σημαντικό βαθμό αύξησης των κόκκων η οποία (αύξηση) σχετίζεται με τη ακολουθούμενη παραμόρφωση...

Φυλλωνίτης (phillonite): Φυλλοπυριτικά ορυκτά ή μαρμαρυγιακοί σχιστόλιθοι με μεγάλη περιεκτικότητα σε μυλωνίτη που χαρακτηρίζονται από την στιλπνότητα του φυλλίτη.

Κατακλασίτης (cataclasite):λεπτόκοκκό συμπαγές ρηγματογενές πέτρωμα με σχεδόν ανύπαρκτη φύλλωση, σχηματίζεται σε χαμηλά βάθη του φλοιού (πάνω από τα βάθη σχηματισμού μυλωνίτων) από θρυμματισμό τριβής κατά την παραμορφωτική διαδικασία. Διακρίνεται σε:

-πρωτοκατακλασίτη: η λεπτόκοκκη δομή είναι μικρότερη από το 50% του όγκου του πετρώματος,

-μεσοκατακλασίτη: η λεπτόκοκκη δομή είναι μεγαλύτερη από το 50% και μικρότερη από το 90% του όγκου του πετρώματος

-υπερκατακλασίτη: η λεπτόκοκκη δομή είναι μεγαλύτερη από το 90% του όγκου του πετρώματος.

Ρηγματογενείς λατυποπαγείς κατακλασίτες (fault breccia) :Κατακλασίτες με ορατούς λατύπους >30%

Ρηγματογενείς αμμώδεις κατακλασίτες (fault gouse):Κατακλασίτες με πολύ μικρούς κόκκους (άμμος) μη συμπαγής και εντοπίζονται σε μεταγενέστερο στάδιο μετά την τσιμεντοποίησής τους.

Ψευδοταχυλίτης (Pseudotachylite):υπερλεπτόκοκκο ρηγματογενές υλικό με υαλώδη εμφάνιση συνήθως μαύρο και σκληρό, που σχηματίζει λεπτές επίπεδες φλέβες ή ψευδοσφαρικούς λατυποπαγείς κόκκους (>2mm) οι οποίοι πληρώνουν τα κενά μεταξύ των θραυσμάτων του πετρώματος.

Στο παρακάτω σχήμα διακρίνονται οι ενεργές περιοχές (regime) σχηματισμού των μυλωνίτων (regime QP) και των κατακλασίτων (regime EF).

Ο Sibson (1977), με ένα απλοποιημένο μοντέλο, διαχώρισε τον χαλαζιοαστριούχο φλοιό σε δύο παραμορφωτικές ενεργές περιοχές, την QP (quasi-plastic) οιονεί (ψεύδο) πλαστική και την EF (elastico-frictional) ελαστικής τριβής.

Η EF διαχωρίζεται από την QP από μια μεταβατική ζώνη της οποίας η θέση καθορίζεται από τη Τ, την Ρ, την περιεκτικότητα της υγρής φάσης, το είδος του πετρώματος και το μέγεθος των κόκκων. Η EF είναι εύθραυστη και σεισμική ούτως ώστε η παραμόρφωση συνεπάγεται την κατακλαστικότητα και την τριβή ολίσθησης μεταξύ των επιπέδων του ρήγματος και έτσι σχηματίζονται τα μη συμπαγή πετρώματα και σε μεγαλύτερα βάθη τα συμπαγή. Την QP την θεωρεί εύπλαστη και ασεισμική ώστε η παραμόρφωση συντελείται σε κρυσταλλοπλαστική ροή με αποτέλεσμα τον σχηματισμό μυλωνίτων και βλαστομυλωνίτων.

ΠΕΡΙΟΧΙΚΗ Ή ΓΕΝΙΚΗ.

Λαμβάνουν μέρος όλοι οι μεταμορφωτικοί παράγοντες, χαρακτηρίζεται ως δυναμοθερμική, με μεγάλου όγκου προϊόντα και καταλαμβάνει μεγάλη έκταση καθώς σχετίζεται με την ορογένεση. Το εύρος της P-T είναι μεγάλο με διάφορες εντάσεις παραμορφωτικών τάσεων. Σχηματίζονται πετρώματα με φύλλωση όπως σχιστοπηλοί, σχιστόλιθοι και γνεύσιοι. Οι παραμορφωτικές τάσεις είναι συνήθως αποτέλεσμα τεκτονικών δυνάμεων όπου παράγονται ισχυρές πιέσεις οι οποίες επωθούν τα πετρώματα σε μεγαλύτερα βάθη.

Σε περιπτώσεις ανακρυστάλλωσης ιζηματογενών (αργιλικών) και τοφφικών πετρωμάτων (ηφαιστειοκλαστικών) που θάβονται κάτω από άλλα, χωρίς να προκληθούν παραμορφώσεις, (με προϊόντα ζεόλιθους) χαρακτηρίζεται ως θαπτική μεταμόρφωση.

Ανάδρομη μεταμόρφωση είναι οι μεταμορφικές αλλαγές που συμβαίνουν καθώς μειώνεται η Ρ και η Τ, ενώ αν αυξάνουν ονομάζεται πρόδρομη μεταμόρφωση. (δες παρακάτω την ενότητα «Αλληλεπίδραση της Ρ – Τ και παραγενέσεις».

Εκλογίτης: μεταμορφωμένο πέτρωμα χωρίς πλαγιόκλαστο με περιεκτικότητα ≥ 75% σε ομφακίτη και γρανάτη με τον περιορισμό ότι η ποσοτική συμμετοχή καθενός από τους δύο δεν μπορεί να ξεπερνά το 75% του όγκου του πετρώματος. Μπορεί να περιέχει και Κ-άστριους.

Πετρώματα στα οποία είτε η παρουσία του ομφακίτη ή του γρανάτη ξεπερνά το 75% του όγκου, τότε ονομάζονται αντίστοιχα γρανατικός ομφακιτίτης ή ομφακικός γρανατίτης. (Ο όρος «μελανοκρατικό» δεν χρησιμοποιείται στον ορισμό).

Πρασινοσχιστόλιθος: Χαμηλού βαθμού μεταμόρφωσης προέρχεται από πυριγενείς πρωτόλιθους.

Το χρώμα του οφείλεται στην παρουσία ορυκτών όπως ακτινόλιθου χλωρίτη και επίδοτου.

Πρασινόλιθος: Είναι γρανοβλαστίτης με την ορυκτολογική σύνθεση του πρασινοσχιστόλιθου.

Γρανουλίτης: Είναι υψηλού βαθμού μεταμορφωμένο πέτρωμα με μεγάλη περιεκτικότητά σε Fe – Mg πυριτικά ορυκτά χωρίς υδροξύλιο καθώς επίσης η παρουσία άστριου και η απουσία μοσχοβίτη είναι κύρια χαρακτηριστικά. Διακρίνονται σε μαφικοί και σαλικοί γρανουλίτες αν το ποσοστό των μαφικών είναι μεγαλύτερο από 30% ή μικρότερο αντίστοιχα και ακόμη σε όξινοι και βασικοί ανάλογα του είδους των πυριγενών από τα οποία προέρχονται.

Αμφιβολίτης: Είναι γνευσιακό ή γρανοβλαστικό μεταμορφικό πέτρωμα που αποτελείται κυρίως από πράσινο, καφέ ή μαύρο αμφίβολο και πλαγιόκλαστο (περιλαμβανομένου αλβίτη), τα οποία συμμετέχουν στη σύνθεση του πετρώματος ≥75% ως ουσιώδη συστατικά καθώς ο αμφίβολος είναι συστατικό όλων των μαφικών ορυκτών σε εύρος τουλάχιστον 30-50%. Άλλα ορυκτά είναι χαλαζίας κλινοπυρόξενος, γρανάτης, επίδοτο, βιοτίτης τιτανίτης και σκαπόλιθος (σχήμα).Τα χρώματα του αμφιβολίτη οφείλονται στη παρουσία τσερμακίτη, Mg-Fe κεροστίλβη, κουμινγκονίτη και ανθοφυλλίτη.

Σχέση παραμόρφωσης και ορυκτογένεσης

Η υφή και ο ιστός ενός μεταμορφωμένου πετρώματος μπορούν να επηρεαστούν από ένα τεκτονικό παραμορφωτικό γεγονός που λαμβάνει χώρα σ’ ένα μεταμορφωμένο πέτρωμα:.

Προτεκτονική κρυστάλλωση: τα ορυκτά του πετρώματος είναι ήδη αναπτυγμένα όταν δέχονται την επίδραση των παραμορφωτικών τάσεων, με αποτέλεσμα να συμβεί παραμορφωτική τροποποίηση του ιστού δηλ. να καμφθούν ή να θρυμματιστούν, ανάλογα με τις μηχανικές τους ιδιότητες.

Μετατεκτονική κρυστάλλωση: τα ορυκτά του πετρώματος αναπτύσσονται μετά την επίδραση των παραμορφωτικών τάσεων και συνήθως έχουν τυχαία διάταξη στο χώρο, χαρακτηριστικό της εν λόγω κρυστάλλωσης.

Συντεκτονική κρυστάλλωση: τα ορυκτά αναπτύσσονται ταυτόχρονα με την επίδραση των παραμορφωτικών τάσεων και είναι χαρακτηριστική των φυλλόμορφων ορυκτών.

Σχέση μεταμόρφωσης και παραμόρφωσης

Στην πλειονότητα των περιοχικά μεταμορφωμένων πετρωμάτων η διεργασία της μεταμόρφωσης συντελείται κατά την διάρκεια παραμορφωτικών επεισοδίων. Επειδή η παραμόρφωση συνεπάγεται διαφορική πίεση (Pt) οι ιστοί που σχηματίζονται καταδεικνύουν τον τρόπο της παραμόρφωσης.

Η παραμόρφωση εμπλέκεται στον σχηματισμό ορεινών γραμμικών ή τοξοειδών ζωνών. Αυτό είναι αποτέλεσμα της συμπίεσης στα πετρώματα και εξαρτάται από την πλαστικότητά τους. Έτσι η αρχική στρωμάτωση υπόκειται σε σύγκλινα και αντίκλινα με τους άξονες κυρτότητας κάθετους στη σ1, ενώ τόσο η σχιστότητα όσο και η φύλλωση αναπτύσσονται παράλληλα (σχήμα):

Μεταμορφικός διαφορισμός

Οι γνεύσιοι παρουσιάζουν, ιστολογικά, ασυνεχή στρωμάτωση με εναλλαγή μαφικών (Fe-Mg) και σαλικών (χαλαζιο- άστριους) ορυκτών. Η ανάπτυξη τέτοιας στρωμάτωσης ορίζεται ως μεταμορφικός διαφορισμός. Παρακάτω παρουσιάζονται διεργασίες που αναπτύσσεται (ή μη) ο μεταμορφικός διαφορισμός:

Διατήρηση της αρχικής στρωματικής δόμησης.

Σε κάποια πετρώματα, στην αρχική δομημένη στρωμάτωσή τους δεν εφαρμόζεται μεταμορφικός διαφορισμός καθώς την διατηρούν αν και ασκείται η σ1 υπό γωνία, όπως στη περίπτωση ενδοστρωμάτωσης σχιτοπηλών και ψαμμίτων, (σχήμα).

Στο σχήμα φαίνεται ότι η S0 μετασχηματίζεται σε S1 καθώς η φύλλωση που αναπτύσσεται οφείλεται στην ανακρυστάλλωση των αργιλικών ή στη κρυστάλλωση των φυλλοπυριτικών Αυτό συμβαίνει στα αρχικά στάδια της μεταμόρφωσης.

Σε ισχυρές παραμορφώσεις πετρωμάτων που έχουν υποστεί πτύχωση και διάτμηση δεν είναι εφικτή η διάκριση ή όχι της διατήρησης της αρχικής στρωμάτωσης καθώς αυτή έχει θρυμματισθεί.(σχήμα).

Μετατόπιση της αρχικής στρωμάτωσης.

Η αρχική στρωμάτωση πετρώματος, κατά την διάρκεια της μεταμόρφωσης είναι δυνατό να αλλάξει προσανατολισμό. Αυτό συμβαίνει καθώς στα αρχικά στάδια αναπτύσσεται φύλλωση που οφείλεται στη σ1. Περαιτέρω αύξηση της φύλλωσης έχει ως αποτέλεσμα τη θραύση της αρχικής στρωμάτωσης. Καθώς τα θραύσματα συμπιέζονται και επιμηκύνονται λόγω της ανακρυστάλλωσης, σχηματίζουν νέα ενδοστρωμάτωση παράλληλη με τη φύλλωση (σχήμα).

Διάλυση και επανατοποθέτηση

Σε λεπτόκοκκα μεταμορφωτικά πετρώματα αναπτύσσονται μικροπτυχώσεις ως αποτέλεσμα της διαφορικής Ρ. Έτσι αρχίζει να δημιουργείται μία νέα φύλλωση κατά μήκος των αξόνων των επιπέδων των πτυχών. Ο χαλαζίας και οι άστριοι διαλύονται και μετατοπίζονται στα άκρα των πτυχώσεων όπου η Ρ είναι χαμηλότερη. Καθώς η νέα φύλλωση ευθυγραμμίζεται κάθετα στη σ1 το τελικό αποτέλεσμα είναι η εναλλαγή μαρμαρυγιών ή/και φυλλοπυριτικών με χαλαζία ή/και άστριους (σχήμα).

Μιγματισμός

Μιγματίτες ή μιγματικοί γνεύσιοι (εικόνα) δημιουργούνται σε συνθήκες υψηλού βαθμού μεταμόρφωσης και είναι μίγμα μεταμορφωμένων και πυριγενών πετρωμάτων, με χαρακτηριστικό την ασυνέχεια της στρωμάτωσης και τη δημιουργία γρανιτικών ραβδώσεων. Αυτό συμβαίνει όταν το πέτρωμα υποβάλλεται σε μερική τήξη κατά την διάρκεια της οποίας μαφικά ορυκτά αναμιγνύονται με γρανιτικά σαλικά πετρώματα.

ΜΕΤΑΜΟΡΦΙΚΕΣ ΦΑΣΕΙΣ-ΖΩΝΕΣ-ΙΣΟΒΑΘΜΕΣ (αλληλένδετοι όροι)

“Η μεταμορφική φάση πτερώματος ή μεταμορφικού σχηματισμού που έχει επέλθει χημική ισορροπία καθώς μεταμορφώθηκε σε σταθερές συνθήκες Ρ και Τα και η σύσταση των ορυκτών ελέγχεται από την ισορροπημένη χημική σύσταση” (Escola 1915).

Μια μεταμορφική φάση περιλαμβάνει μια ομάδα διαφόρων πετρολογικών τύπων ή ορυκτολογικών παραγενέσεων* οι οποίες συνυπάρχουν τοπικά και χρονικά και έχουν σχηματισθεί σε συγκεκριμένες συνθήκες Ρ και Τ.

Όταν αναφερόμαστε σε φάσεις θα πρέπει να έχουμε υπόψη την τήρηση του κανόνα των φάσεων: P+F=C+2 (P:αριθμός φάσεων, F: βαθμοί ελευθερίας και η μεταβλητή της εξίσωσης, C:συστατικά).

*(Παραγένεση είναι μία συγκεκριμένη συνάθροιση ορυκτών τα οποία σχηματίσθηκαν την ίδια χρονική στιγμή. Κάθε παραγένεση είναι χαρακτηριστική μιας συγκεκριμένης σύστασης πετρώματος).

Ο Escola εισήγαγε 11 σειρές μεταμορφικών φάσεων. Ο Miyashiro (1961) πρότεινε 5 σειρές φάσεων, οι οποίες μπορούν να αντιστοιχηθούν μ’ αυτές του Escola (Πίνακας – Σχήμα) και πλεονεκτούν ως προς το εύρος κάλυψης των περιοχών εμφάνισης:

1 .Επαφής (CFS)

2. Buchan – Abukuma (BFS)

3. Barrow (BFSX)

4. Sanbagawa (SFS)

5. Franciscan (FFS)

MIYASHIRO	ESCOLA	ΕΙΔΟΣ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΣΗΣ
CFS	1. Αλβιτοεπιδοτοκερατική	Θερμική ή εξ’ επαφής.
	2.Κεροστιλβοκερατική
	3.Πυροξενοκερατική
	4.Σανιδινική (κερατική)
BFS	5.Πρασινοσχιστολιθική	Καθολική ή δυναμοθερμική.
BFS	6.Αμφιβολιτική
BFSX	7.Γρανουλιτική
SFS	8.Εκλογιτική
FFS	9.Ζεολιθική	Χαμηλότερος βαθμός μεταμόρφωσης
	10.Πρενιτική - Πουμπελλυϊτική	Θαπτική
	11.Γλαυκοφαντική	Θαπτική

Μεταμορφικές ζώνες, καταδεικνύουν τη μεταβολή του βαθμού παραμόρφωσης και καθορίζονται από την παρουσία χαρακτηριστικών ορυκτών που καλούνται ορυκτά – δείκτες τα οποία είναι σταθερά σ’ ένα περιορισμένο εύρος Ρ και Τ.

Ο Barrow (1893) σε μεταπηλιτικά πετρώματα, στα Highlands Σκωτίας, παρατήρησε την πρώτη μεταμορφική ζωνώδη διαδοχή ορυκτολογικών παραγενέσεων με αυξανόμενο βαθμό μεταμόρφωσης από χλωρίτη σε σιλλιμανίτη: Χλωρίτη – Βιοτίτη - Γρανάτη – Σταυρόλιθο – Κυανίτη - Σιλλιμανίτη.

ΖΩΝΗ	ΠΑΡΑΓΕΝΕΣΗ
Χλωρίτη (Πρασινοσχιστολιθική)	χλωρίτης, χαλαζίας, μοσχοβίτης, αλβίτης
Βιοτίτη (Γλαυκοφαντική - Αμφιβολιτική)	βιοτίτης, χαλαζίας, χλωρίτης, μοσχοβίτης, αλβίτης
Γρανάτη (Αμφιβολιτική)	αλμαδίνης, χαλαζίας, βιοτίτης, μοσχοβίτης, αλβίτης
Σταυρόλιθου (Αμφιβολιτική)	σταυρόλιθος, χαλαζίας, βιοτίτης, μοσχοβίτης, αλμαδίνης, ολιγόκλαστο
Κυανίτη (Αμφιβολιτική)	κυανίτης, χαλαζίας, βιοτίτης, μοσχοβίτης, αλμαδίνης, ολιγόκλαστο,
Σιλλιμανίτη (Γρανουλιτική)	σιλλιμανίτης, χαλαζίας, βιοτίτης, μοσχοβίτης, αλμαδίνης, ολιγόκλαστο

Η σύνθεση των πλαγιόκλαστων αλλάζει από αλβίτη σε ολιγόκλαστο παράλληλα με την αύξηση του βαθμού μεταμόρφωσης.

Βορειότερα ο Buchan κατέγραψε (σε ίδια πετρώματα) διαφορετικές ζώνες περιοχικής μεταμόρφωσης που χαρακτηρίζονται από ανδαλουσίτη ίσως και κορδιερίτη, σε μεσαίου βαθμού παραγενέσεις όπου αποκαλύπτεται ότι οι συνθήκες της μεταμόρφωσης ήταν σε χαμηλή Ρ και σε ένα πιο “μεταμορφικό” περιβάλλον από αυτό του Barrow :

ΖΩΝΗ	ΠΑΡΑΓΕΝΕΣΗ
Χλωρίτη (Πρασινοσχιστολιθική)	χλωρίτης, χαλαζίας, μοσχοβίτης, αλβίτης, ιλμενίτης ±χλωριτοειδές ή χλωρίτης, χαλαζίας, μοσχοβίτης, αλβίτης, ιλμενίτης, βιοτίτης
Ανδαλουσίτη (Αμφιβολιτική)	βιοτίτης, χαλαζίας, μοσχοβίτης, ολιγόκλαστο, γρανάτης, ανδαλουσίτης ή βιοτίτης, χαλαζίας, μοσχοβίτης ολιγόκλαστο, ανδαλουσίτης, σταυρόλιθος, κορδιερίτης, ιλμενίτης
Σιλλιμανίτη (Αμφιβολιτική – Γρανουλιτική)	σιλλιμανίτης, χαλαζίας, βιοτίτης, μοσχοβίτης, ολιγόκλαστο, σταυρόλιθος, κορδιερίτης, γρανάτης, Κ- άστριος ή σιλλιμανίτης, μικροκλίνης, βιοτίτης, χαλαζίας, ολιγόκλαστο, γρανάτης, κορδιερίτης, μαγνητίτης.

Σχετικά με τον Miyashiro, παρατήρησε περιφερειακά του Ειρηνικού ζώνες μεταμορφισμού στον ωκεάνιο φλοιό υψηλής Ρ και χαμηλής Τ οι οποίες σχετίζονται με ζώνες υψηλής Τ των ηπειρωτικών περιθωρίων, τις ονόμασε μεταμορφικές ζώνες ζευγών και υπέδειξε δύο παραδείγματα:

Στην Ιαπωνία η ζώνη Sanbagawa παρουσιάζει υψηλή Ρ και χαμηλή Τ καθώς η γειτονική Ryoke-Abukuba παρουσιάζει υψηλή Ρ και Τ, η οποία αποτελείται από τις μεταμορφικές φάσεις Barrow - Buchan.

Στις δυτικές ΗΠΑ όπου το Franciscan σύμπλεγμα περιλαμβάνει πετρώματα υψηλής Ρ και χαμηλής Τ και στη γειτονική Sierra Nevada βρίσκονται και εδώ πετρώματα των παραπάνω μεταμορφικών φάσεων.

Οι ζώνες- ζεύγους του Miyashiro που έχουν εντοπιστεί περιφερειακά του Ειρηνικού.

Ισόβαθμες. ονομάζονται οι γραμμές που διαχωρίζουν τις μεταμορφικές ζώνες μεταξύ τους και που ενώνουν θέσεις με τον ίδιο βαθμό μεταμόρφωσης. Η κάθε ισόβαθμη χαρακτηρίζεται από τον ορυκτό δείκτη που πρωτοεμφανίζεται και περιλαμβάνουν την ίδια ομάδα μεταμορφωμένων που δημιουργήθηκαν από το ίδιο μεταμορφικό επεισόδιο.

Αν εμφανίζουν ασυνέχειες τότε είτε μεσολάβησε τεκτονικό επεισόδιο ή πρόκειται για άλλη ομάδα πετρωμάτων της ίδιας ισόβαθμης. (Σχήμα: ισόβαθμες του Barrow).

Οι Wiseman (1934) και Kennedy (1949) κατέγραψαν, αντίστοιχα, μεταβασικά και ασβεστώδη πετρώματα των οποίων οι παραγενέσεις των ορυκτών συσχετίζονται με τις μεταμορφικές ζώνες των πηλιτικών πετρωμάτων ως ακολούθως:

Ζώνες πηλιτικών	Μεταβασικά	Ασβεστώδη	Φάσεις (Escola)
Χλωρίτη	χλωρίτης, αλβίτης, επίδοτο, τιτανίτης, ±ασβεστίτης ±ακτινόλιθος	χαλαζία, μοσχοβίτης, βιοτίτης, ασβεστίτης	πρασινοσχιστολιθική
Βιοτίτη		γρανάτης, ζοϊσίτης, Να-πλαγιόκλαστο, κεροστίλβη
Γρανάτη	κεροστίλβη, πλαγιόκλαστο, ±επίδοτο, ±αλμανδίνης, ±διοψίδιος		αμφιβολιτική
Σταυρόλιθου		γρανάτης, ανορθίτης, κεροστίλβη
Κυανίτη
Σιλλιμανίτη		γρανάτης, ανορθίτης, πυρόξενο

Τα μεταβασικά καθορίζουν δύο ζώνες ενώ τα ασβεστώδη τέσσερεις.

Παραγενέσεις των θερμικά μεταμορφωμένων πετρωμάτων:

Αλβιτοεπιδοτοκερατική φάση:

Πηλιτικά πετρώματα:

χαλαζίας, αλβίτης, επίδοτο, ανδαλουσίτης, χλωρίτης, βιοτίτης.

Χαλαζιοαστριούχα πετρώματα:

μικροκλίνης, χαλαζίας, μοσχοβίτης, αλβίτης, βιοτίτης.

Βασικά πετρώματα:

ακτινόλιθος, επίδοτο, χλωρίτης, χαλαζίας, αλβίτης.

Κεροστιλβοκερατική φάση:

Πηλιτικά πετρώματα:

χαλαζίας, πλαγιόκλαστο, μοσχοβίτης, κορδιερίτης/βιοτίτης. Δεν υπάρχει επίδοτο και χλωρίτης.

Χαλαζιοαστριούχα πετρώματα:

μικροκλίνης, χαλαζίας, μοσχοβίτης, πλαγιόκλαστο, βιοτίτης.

Βασικά πετρώματα:

πλαγιόκλαστο, βιοτίτης, αλμανδίνης, (χαλαζίας, ανθοφυλλίτης, κορδιερίτης).

Ασβεστιτικά πετρώματα:

Πλαγιόκλαστο, γροσσουλάριος, τρεμολίτης, ή ασβεστίτης, διοψίδιος, γροσσουλάριος, (χαλαζίας).

Πυροξενοκερατική φάση:

Πηλιτικά πετρώματα:

χαλαζίας, πλαγιόκλαστο, Κ-άστριος, σιλλιμανίτης, κορδιερίτης. Δεν υπάρχει μοσχοβίτης.

Χαλαζιοαστριούχα πετρώματα:

Κ- άστριος, πλαγιόκλαστο, βιοτίτης,

Βασικά πετρώματα:

πλαγιόκλαστο, βιοτίτης, κορδιερίτης, (χαλαζίας).

Ασβεστιτικά πετρώματα

πλαγιόκλαστο, γροσσουλάριος, διοψίδιος, (χαλαζίας) ή βολλαστονίτης, διοψίδιος.

Δεν υπάρχει τρεμολίτης και ασβεστίτης.

Σανιδινική φάση:

Πηλιτικά και χαλαζιοαστριούχα πετρώματα:

σανίδινο, κορδιερίτης, ανορθίτης, υπερσθενής, σιλλιμανίτης/κορούνδιο.

Βασικά πετρώματα:

Ca-πλαγιόκλαστο, υπερσθενής, βρουκίτης, αυγίτης, τριδυμίτης.

ολιβίνης, αυγίτης, πλαγιόκλαστο, μαγνητίτης, ιλμενίτης.

κορδιερίτης, πλαγιόκλαστο, μαγνητίτης αιματίτης, ψευδοβρουκίτης.

Ασβεστιτικά πετρώματα:

βολλαστονίτης, ανορθίτης, διοψίδιος.

βολλαστονίτης, μελλιλίτης, ανθρακίτης, λαρνίτης.

Αλληλεπίδραση της Ρ – Τ και παραγενέσεις

Οι μεταμορφωτικές αλλαγές που συντελούνται, σ’ ένα πέτρωμα, με την αύξηση του βαθμού μεταμόρφωσης δηλ. όταν αυξάνει η Ρ και Τ ονομάζονται πρόδρομες ή προϊούσες και είναι αντιδράσεις ενδόθερμες (καταναλώνουν θερμότητα), αντίθετα όταν μειώνονται (Ρ,Τ) ονομάζονται ανάδρομες και είναι αντιδράσεις εξώθερμες.

Στον πρόδρομο μεταμορφισμό, καθώς αυξάνει Ρ και Τ η χημική σύνθεση του πετρώματος υποβάλλεται σε συνεχείς χημικές αντιδράσεις μεταξύ των συσσωματωμένων ορυκτών και συνήθως, με την παρουσία της ρευστής φάσης, σχηματίζεται μία νέα σειρά ορυκτών – παραγένεση – σε υψηλότερες Ρ και Τ.

Αυτό σημαίνει πως τα ορυκτά που σχηματίζονται σε χαμηλές Ρ και Τ εξαφανίζονται και παρουσιάζονται άλλα σε ενδιάμεσες Ρ και Τ, τα οποία με τη σειρά τους εξαφανίζονται και δίνουν τη θέση τους σε άλλα υψηλότερων συνθηκών Ρ και Τ.:

ΧΑΜΗΛΕΣ ΕΝΔΙΑΜΕΣΕΣ ΥΨΗΛΕΣ

ανδαλουσίτης 1 σιλλιμανίτης

επίδοτο/ζοϊσίτης 2 πλαγιόκλαστο (ανορθίτης)

——″—— 2 γροσσουλάριος

χλωρίτης, μοσχοβίτης 3 κορδιερίτης & ανθοφυλλίτης 10 αλμανδίνης, υπερσθενής

——″—— 3 βιοτίτης 9 ορθόκλαστο, υπερσθενής

τάλκης 4 ανθοφυλλίτης 8 υπερσθενής

ακτινόλιθος, χλωρίτης 5 κεροστίλβη 7 διοψίδιος,υπερσθενής, ανορθίτης

& επίδοτο 5 κεροστίλβη

ασβεστίτης 6 βολλαστονίτης

1-10:χημικες αντιδράσεις παραγενέσεων

1: Al₂SiO₅ → Al₂SiO₅ (πολύμορφο)

ανδαλουσίτης σιλλιμανίτης

2: 4CaAl₃Si₃O₁₂(OH) + SiO₂ → 5CaAl₂Si₂O₃ + Ca₃Al₂Si₃O₁₂

επίδοτο/ζοϊσίτης ανορθίτης γροσσουλάριος

3: (Mg,Fe)₅Al₂Si₃O₁₀(OH)₂ + KAl₃Si₃O₁₀(OH) + 2SiO₂→ K(Fe,Mg)₃AlSi₃O₁₀(OH)₂ +

χλωρίτης μοσχοβίτης βιοτίτης

(Mg,Fe)₂Al₄Si₅O₁₈+H₂O

κορδιερίτης

4: 7Mg₃Si₄O₁₀(OH)₈ → 3Mg₇Si₈O₂₂(OH)₂ + SiO₂ + 25H₂O

τάλκης ανθοφυλλίτης

5: (Mg,Fe)₅Al₂Si₃O₁₀(OH)₂+ 13Ca₂(Mg,Fe)₅Si₈O₂₂(OH)₂ + 12CaAl₃Si₃O₁₂(OH) →

χλωρίτης ακτινόλιθος επίδοτο

25Ca₂(Mg,Fe)₄Al₂Si₇(OH)₂+ H₂O

κεροστίλβη

6: CaCO₃ + SiO₂ → CaSiO₃ + CO₂

ασβεστίτης βολλαστονίτης

7: Ca₂(Mg,Fe)₄Al₂Si₇(OH)₂→ CaMgSi₂O₆ + 3MgSiO₃ + CaAl₂Si₂O₈ + H₂O

κεροστίλβη διοψίδιος υπερσθενής ανορθίτης

8: Mg₇Si₈O₂₂(OH)₂ → 7MgSiO₃ +SiO₂ + H₂O

ανθοφυλλίτης υπερσθενής

9: K(Fe,Mg)₃AlSi₃O₁₀(OH)₂+ 3SiO₂ → KAlSi₃O₈ + 3(Mg,Fe)SiO₃+ H₂O

βιοτίτης ορθόκλαστο υπερσθενής

10: (Mg,Fe)₂Al₄Si₅O₁₈ + Mg₇Si₈O₂₂(OH)₂ → 2(Mg,Fe)₃Al₂Si₃O₁₂ + 3(Mg,Fe)SiO₃ + 4SiO₂

κορδιερίτης ανθοφυλλίτης αλμανδινης/πυρωπό υπερσθενής

+ H₂O

Από τις αντιδράσεις προκύπτει ότι ο πρόδρομος μεταμορφισμός συντελεί στην απομάκρυνση των πτητικών συστατικών και δημιουργεί υγρή φάση.

Αν ο ανάδρομος μεταμορφισμός ήταν μια συχνή διεργασία τότε τα μεταμορφωμένα πετρώματα θα ενέπιπταν σταδιακά σε παραγενέσεις χαμηλών Τ και Ρ. Αλλά σε υψηλού βαθμού μεταμορφωμένα πετρώματα δεν εντοπίζονται παρά ελάχιστα ανάδρομα ορυκτά. Η αιτία της αναστολής του ανάδρομου οφείλεται κυρίως στην απομάκρυνση της υγρής φάσης, η οποία δεν είναι πλέον διαθέσιμη που απαιτείται για την αντιστροφή των αντιδράσεων. Τα πτητικά συστατικά απομακρύνονται όχι μόνο από την υψηλή Τ αλλά και από την Ρ η οποία μειώνει αισθητά το μέγεθος των πόρων των πετρωμάτων. Ακόμη, η ταχύτητα των αντιδράσεων είναι μεγάλη στις υψηλές Τ με αποτέλεσμα αυξημένη διάχυση συντελεί στην αύξηση της κινητικότητας των μορίων τα οποία σπάζουν τους δεσμούς. Στην περίπτωση που η Τ χαμηλώνει με αργό ρυθμό, μόνο τότε υπάρχει χρόνος να σχηματιστούν ανάδρομες παραγενέσεις με την προϋπόθεσή να μην τις διακόψει νέο επεισόδιο πρόδρομης (απότομη αύξηση Τ).

ΤΡΙΓΩΝΙΚΑ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ ΣΥΣΤΑΣΕΩΝ

(απαιτούνται γνώσεις λειτουργίας ΤΔ)

Να υπενθυμίσουμε τα 13 κύρια οξείδια των ΜΠ:

SiO2, Al2O3, TiO2, FeO, Fe2O3, MnO, CaO, MgO, Na2O, K2O, P2O5, H2O, CO2

ACF Διάγραμμα: για παραγενέσεις, αναπαράσταση συστάσεων βασικών πυριγενών και μη αμιγών ασβεστιτικών πετρωμάτων με την παρουσία χαλαζία και αλκαλιούχου άστριου....

Χρησιμοποιήθηκε, για πρώτη φορά από τον Escola (1915) για την μελέτη των μεταμορφωμένων πετρωμάτων.

Για να σχεδιάσουμε ένα πέτρωμα σ’ ένα ΤΔ η χημική σύσταση του πετρώματος αναλύεται σε οξείδια και υπολογίζεται ως ο λόγος του βάρους του οξειδίου προς το μοριακό βάρος του οξειδίου.

Στις γωνίες του τριγώνου έχουμε: Α= Al2O3, C= CaO, F= FeO+MgO.

Στο Α είναι το πλεόνασμα του Al2O3 μετά από την κατανομή με Na2O και K2O για τον σχηματισμό αλκαλιούχου άστριου:

Στο C το CaO είναι το πλεόνασμα μετά από την κατανομή με P2O5 για τον σχηματισμό απατίτη.

Έτσι η αντίστοιχη έκφραση σε μορφή [mol] είναι:

A= [Al2O3 + Fe2O3] – [Na2O + K2O]

C= [CaO] – 3,33[P2O5]

F= [FeO + MgO + MnO]

Στο σχήμα φαίνεται η κατανομή των πετρωμάτων σ’ ένα διάγραμμα ACF.

Στα πηλιτικά περιλαμβάνονται οι σχιστοπηλοί.

Στα χαλαζιοαστριούχα περιλαμβάνονται αρκοζικοί ψαμμίτες, γρανίτες και ρυόλιθοι.

Στα βασικά περιλαμβάνονται βασάλτες και γάββροι και στα ασβεστιτικά χαλαζιακοί ασβεστόλιθοι και δολομίτες.

Η τοποθέτηση των ορυκτών σ’ ένα ACF είναι σχετικά εύκολη εφόσον γνωρίζουμε τον χημικό τους τύπο. Πχ στο υπερσθενή (Mg,Fe)SiO₃ έχουμε 1 mol (FeΟ + MgΟ) για κάθε 1 mol SiO₂. Έτσι F=1,A=0, C=0 και τοποθετείται στη γωνία F.

Στη περίπτωση του τρεμολίτη Ca₂(Mg,Fe)₅Si₈O₂₂(OH)₂ που γράφεται σε μορφή οξειδίων ως 2CaO5(Mg,Fe)O8SiO₂H₂O, έχουμε C=2, F=5, A=0 συνεπάγεται C≈ 30% . F≈70%. Άρα θα τοποθετηθεί επί της πλευράς του τριγώνου CF στο σημείο που αντιπροσωπεύει το30% του C και το 70% του F.

Σε πιο περίπλοκα ορυκτά όπως στον χλωρίτη: (Mg,Al,Fe)₁₂(Si,Al)₈O₂₀(OH)₁₆ καθώς γίνεται αντικατάσταση των στοιχείων σε διάφορες αναλογίες, δεν ορίζεται ένα σημείο αλλά μία περιοχή του τριγώνου. Το ίδιο ισχύει και για τον βιοτίτη και την κεροστίλβη.

AKF Διάγραμμα για παραγενέσεις, αναπαράσταση συστάσεων και παραγενέσεων μεταπηλιτικών πετρωμάτων. με την παρουσία χαλαζία και πλαγιόκλαστου.

A= [Al2O3 + Fe2O3] – [Na2O + K2O + CaO]

K= [K2O]

F= [FeO + MgO + MnO]

Παρατηρήστε την παράλληλη μετατόπιση, μεταξύ των δύο διαγραμμάτων, του βιοτίτη λόγω αντικατάστασης του Ca με K.

A(K)FΜ Διάγραμμα

Ένα πρόβλημα των διαγραμμάτων ACF και AKF είναι η περιοριστική υπόθεση ότι ο Fe και το Mg αλληλο-αντικαθίστανται και τα θεωρούμε ως ένα στοιχείο, αν και στην πραγματικότητα η μεταξύ τους αντικατάσταση εξαρτάται από τις διακυμάνσεις της Ρ και Τ. Γι’ αυτό το λόγο ο J. B. Thompson θεώρησε ως μεταβλητή το λόγο Mg/(Mg + Fe) στα σιδηρομαγνησιούχα ορυκτά για την καλύτερη κατανόηση του μηχανισμού μεταμόρφωσης των μεταπηλιτικών πετρωμάτων.

Έλαβε υπόψη τέσσερα συστατικά – οξείδια Al2O3, K2O, FeO, MgO και αγνόησε τα επουσιώδη στα πηλιτικά Na2O και CaO καθώς και το SiO2 με την παραδοχή ότι βρίσκεται παντού.

Επειδή ο μοσχοβίτης είναι κοινό ορυκτό στα μεταπηλιτικά, από τη θέση του στην πλευρά ΑΚ γίνεται σημείο εκκίνησης δέσμης γραμμών σύνδεσης στο επίπεδο του AFM. Στο σχήμα απεικονίζονται υπό γωνία τα AKF και AFM με την AF ως κοινή πλευρά σαν το «δόμα» στην κρυσταλλογραφία.

Τα ορυκτά που δεν περιέχουν K2O τοποθετούνται στην όψη του επιπέδου AFM, ενώ τα ορυκτά που περιέχουν K2O, όπως ο βιοτίτης, ο οποίος παρουσιάζει μεταβαλλόμενη ποσότητα Al2O3, απεικονίζεται τρισδιάστατα ώστε να περιλαμβάνει και τα τέσσερα οξείδια. Επειδή όμως ο μοσχοβίτης είναι φτωχός σε Κ, έχει ως αποτέλεσμα ο βιοτίτης να απεικονίζεται σε αρνητικές τιμές του Al2O3 (κάτω από την πλευρά FM).

Στο AFM οι κορυφές ορίζονται ως A=[Al2O3 - *3K2O] (*λόγω μοσχοβίτη), F=[FeO] και M=[MgO].

Στο σχήμα αυτό απεικονίζεται μόνο το επίπεδο/τρίγωνο AFM εντός διαγράμματος με την κάθετο να παίρνει τιμές του λόγου [Al2O3 - 3K2O] / [Al2O3 + FeO + MgO] και την οριζόντια του λόγου

[MgO] / [FeO + MgO], η οποία συμπίπτει με την πλευρά FM. (Διακρίνονται σαφώς οι αρνητικές τιμές του βιοτίτη).

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΚΑΙ ΜΕΤΑΜΟΡΦΙΣΜΟΣ

1^ος θερμοδυναμικός νόμος: dU=dQ-dW (1)

Q: θερμότητα, W: έργο, U: εσωτερική ενέργεια, είναι το άθροισμα κινητικής και δυναμικής ενέργειας των σωματιδίων ενός συστήματος, είναι μία καταστατική συνάρτηση δηλ. εξαρτάται μόνο από την παρούσα κατάσταση και μπορεί να υπολογισθεί μόνο η μεταβολής της (dU).

Αν W=Fa, (F: δύναμη a: απόσταση), και P=F/s, (s: επιφάνεια), τότε F=Ps

επομένως: W=P (as), as=V: όγκος και η (1) γράφεται: dU=dQ-PdV (2) σε σταθερή Ρ.

2^ος θερμοδυναμικός νόμος: dQ=TdS S: εντροπία (αταξία συστήματος) (3)

Η (2) με την (3) γράφεται dU=TdS-PdV (4)

Ελεύθερη ενέργεια Gibbs: G=U+PV-TS, (5)

Ενθάλπια (Η): η θερμοδυναμική σταθερά που εκφράζει το σύνολο της εσωτερικής ενέργειας και της ενέργειας που προκύπτει από την μεταβολή του όγκου ενός στοιχείου :Η=U+PV και η (5) γράφεται:.

G=H-TS (5ˊ) δηλ. η G είναι συνάρτηση της εντροπίας και της ενθάλπιας ή η ενθάλπια μείον την δεσμευμένη ενέργεια λόγω αταξίας..

Διαφορίζοντας την (5) : dG=dU+VdP+PdV-TdS-SdT και αντικαθιστώντας με την (4) έχουμε:

dG=TdS-PdV+VdP+PdV-TdS-Std συνεπάγεται dG=VdP-SdT (6).

(εκφράζει την αλληλεπίδραση των δύο Νόμων).

Αν το σύστημα είναι σε ισορροπία τότε dG=0.

Αν δύο φάσεις (a, b) βρίσκονται σε ισορροπία τότε Ga = Gb ή ΔG= Gb – Ga=0

Η ΔG, για τις χημικές αντιδράσεις καθορίζεται ως Gπροϊόντα - Gαντιδρώντα

Επομένως η (6) μπορεί να γραφεί αντίστοιχα: dΔG=ΔVdP-ΔSdT (7)

Στην ισορροπία : 0= ΔVdP-ΔSdT συνεπάγεται:

dP/dT = ΔS/ΔV (8)

και καταλήγουμε στην εξίσωση Clausius – Clapeyron η οποία σ’ ένα διάγραμμα Ρ-Τ καθορίζει την κλίση του ορίου ισορροπίας μεταξύ των φάσεων.

Αντίδραση στερεού – στερεού:

Τώρα μπορούμε να αναλύσουμε τη θέση στο διάγραμμα Ρ-Τ των πολύμορφων νησοπυριτικών ορυκτών, Σιλλιμανίτη, Ανδαλουσίτη και Κυανίτη τα οποία διαφέρουν ως προς τον Αριθμό Σύνταξης (4,5,6 αντίστοιχα)

Σε αντιδράσεις στερεού – στερεού επειδή τα προϊόντα και τα αντιδρώντα είναι στερεά η αντίδραση γράφεται ως ευθεία γραμμή:

Η S (εντροπία) και ο V αυξάνονται καθώς αυξάνεται η Τ και μειώνονται καθώς αυξάνεται η Ρ. Για να έχουμε ευθεία πρέπει η dP/dT να είναι σταθερή γεγονός που συμβαίνει καθότι η αύξηση της Τ αντισταθμίζεται από την αύξηση της Ρ.

ΔS=η μεταβολή της εντροπίας= ΣSπροϊόντων – ΣSαντιδρώντων

ΔV=η μεταβολή του όγκου= ΣVπροϊόντων – ΣVαντιδρώντων

Η αντίδραση Ανδαλουσίτη – Κυανίτη (ΑΒ) έχει θετική dP/dT διότι ο Κυανίτης σχηματίζεται σε χαμηλότερη Τ και έχει μικρή εντροπία με ΔS αρνητική, επιπλέον έχει αρνητική ΔV καθώς αυξάνεται η Ρ μειώνεται ο V από ότι του Ανδαλουσίτη. Γι’ αυτό το λόγο κρυσταλλώνεται στο τρικλινές (λιγότερη συμμετρία) ενώ τα άλλα δύο ορυκτά στο ρομβικό (περισσότερη συμμετρία).

Η αντίδραση Κυανίτη – Σιλλιμανίτη (ΑΓ) έχει θετική dP/dT διότι ο Σιλλιμανίτης σχηματίζεται σε υψηλή Τ και έχουμε Sky<Ssil ;άρα ΔS θετική όπως και η ΔV καθώς ο Κυανίτης αναπτύσσεται στη πλευρά της υψηλής Ρ και ισχύει Vky<Vsil.

Η αντίδραση Ανδαλουσίτη – Σιλλιμανίτη (ΑΔ) έχει αρνητική dP/dT διότι Sand<Ssil ;άρα ΔS θετική και Vsil<Vand άρα ΔVαρνητική.

Αντιδράσεις υδρόλυσης

Έστω μια απλή αντίδραση αφυδάτωσης: Α ↔ Β + Η₂ Ο την οποία μπορούμε να γράψουμε και ως:

ΔS=SB+SΗ₂Ο-SA= ΔSστερεά + SΗ₂Ο και

ΔV=VB+VΗ₂Ο -VA= ΔVστερεά + VΗ₂Ο

H αυξανόμενη Τ δίνει θετική ΔS, καθότι μία αέρια ή υγρή φάση έχει μεγαλύτερη εντροπία από τη στερεά.

Σε χαμηλή Ρ η ΔVστερεά είναι αρνητική, αλλά ο VΗ₂Ο θα είναι μεγάλος καθότι τα αέρια και τα υγρά έχουν την τάση να καταλαμβάνουν όλο τον διαθέσιμο χώρο. Άρα η dP/dT θα αυξάνεται (θετική).

Σε δεδομένη πίεση Ρ0 η συμπιεστικότητα της αέριας ή/και της υγρής φάσης εξισώνεται με τον VΗ₂Ο και έτσι η ΔV της αντίδραση μηδενίζεται και ως εκ τούτου η dP/dT τείνει στο άπειρο.

Σε υψηλότερες πιέσεις από την Ρ0 , η υγρή φάση συμπιέζεται με αυξανόμενο ρυθμό (ο VΗ₂Ο μικραίνει συνεχώς) με αποτέλεσμα να αυξάνει η αρνητικότητα της ΔV και αντίστοιχα της dP/dT.

ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΤΙΚΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ

Είναι οι χημικές αντιδράσεις που πραγματοποιούνται κατά την διάρκεια του μεταμορφισμού και σχηματίζουν παραγενέσεις ορυκτών κάτω από τις νέες συνθήκες Ρ και Τ. Μια τέτοια χημική αντίδραση που εκφράζει ισορροπία μεταξύ των συσσωματωμένων ορυκτών του πετρώματος τότε το πιθανότερο είναι, αυτή η αντίδραση να έλαβε χώρα κατά την διάρκεια του μεταμορφισμού.

Παραπάνω εξετάσαμε δύο τέτοιες αντιδράσεις ως προ της μορφή που απεικονίζονται σε διάγραμμα με τη βοήθεια της θερμοδυναμικής

Η παρακάτω μεταμορφική αντίδραση απεικονίζεται καμπύλη σε διάγραμμα Ρ-Τ όπως:

Al₂Si₄O₁₀(OH)₂ ↔ Al₂SiO₅ + 3SiO₂ + H₂O

Πυροφυλλίτης ↔ Ανδαλουσίτης ή Κυανίτης + Χαλαζίας (σχήμα).

Στο σχήμα η καμπύλη είναι το όριο της αντίδρασης και δεικνύει ότι αν το ορυκτό είναι κυανίτης η μεταμόρφωση έγινε σε Ρ>2,5 kb, αν είναι ανδαλουσίτης τότε έγινε σε Ρ < 2,5.

Αν θεωρήσουμε μία γεώθερμη κάτω από την οποία έχουμε πετρώματα που υφίστανται Ρ>4Κb και Τ≈420⁰σχηματίζουν πυροφυλλίτη (εφόσον διαθέτουν την ανάλογη σύνθεση), ενώ πετρώματα με 4<Ρ<5 και Τ≈620⁰σχηματίζουν χαλαζία + κυανίτη και με Ρ> 5, Τ>620 σχηματίζουν σιλλιμανίτη και χαλαζία. Η πρώτη περίπτωση συμβαίνει στο σημείο επαφής της γεώθερμης με το όριο της αντίδρασης ενώ στη δεύτερη με το όριο κυανίτη – σιλλιμανίτη.

Στα παρακάτω AFM διαγράμματα θεωρούμε ως Χ ένα μεταπηλιτικό πέτρωμα συγκεκριμένης σύνθεσης. Σε χαμηλό βαθμό έχουμε σταθερή παραγένεση: γρανάτη + χλωρίτη + βιοτίτη + μοσχοβίτη + χαλαζία. Καθώς η Ρ & Τ αυξάνεται η εν λόγω παραγένεση γίνεται ασταθής και η γραμμή σύνδεσης γρανάτη – χλωρίτη αντικαθίστανται από την σταυρόλιθου – βιοτίτη με την αντίδραση:

Γρανάτη + χλωρίτη + μοσχοβίτη = σταυρόλιθος + βιοτίτης + χαλαζία + Η₂Ο.

Αν συνεχιστεί η αύξηση της Ρ & Τ ο σταυρόλιθος γίνει ασταθής και αντιδρά με την παραγωγή γρανάτη, βιοτίτη και κυανίτη. Σημειώστε, στα παρακάτω ΤΔ, ότι οι συνθέσεις μεταπηλιτικών Χ και Ζ έχουν την ίδια ορυκτολογική παραγένεση πριν και μετά την αντίδραση και διαφέρουν μόνο στην ποσοστιαία αναλογία των ίδιων ορυκτών. Η αντίδραση γράφεται:

σταυρόλιθος + χαλαζίας + μοσχοβίτης ↔ γρανάτης + βιοτίτης + κυανίτης + Η₂Ο.

Διαφαίνεται καθαρά ότι η εξαφάνιση του σταυρόλιθου “ανοίγει τον δρόμο” για την εμφάνιση του κυανίτη

Με τους διάφορους συνδυασμούς των μεταμορφωτικών αντιδράσεων κατέστη δυνατό να καθορισθούν οι συνθήκες Ρ και Τ του μεταμορφισμού των πετρωμάτων και να προσδιορισθούν και οι μεταμορφικές φάσεις.

Στο παρακάτω διάγραμμα Ρ-Τ παρουσιάζονται τα όρια μεταμορφωτικών αντιδράσεων σε σχέση με γεώθερμες και τις 11 φάσεις του Escola:

Οι γεώθερμες “ελέγχουν” τη διαδοχή των φάσεων κατά τον πρόδρομο μεταμορφισμό που υφίστανται τα πετρώματα τα οποία βρίσκονται κατά μήκος αυτών:

Η γεώθερμή των 10⁰C/km προκαλεί πρόδρομο μεταμορφισμό μεταξύ των φάσεων ζεόλιθου – γλαυκοφαντικού- εκλογίτη, οι οποίες χαρακτηρίζονται ως φάσεις υψηλών πιέσεων. Τέτοιες φάσεις εμφανίζονται σε ζώνες καταβύθισης όπου η ψυχρή λιθόσφαιρα ωθείται προς υψηλότερες πιέσεις.

Η γεώθερμή των 30⁰C/km εμφανίζεται σε ορογενετικές περιοχές με αλληλουχία φάσεων από ζεολιθική – πρενική πουμπελλυϊτική – αμφιβολιτική στη γρανουλιτική.

Σημειώστε ότι στα πηλιτικά πετρώματα της σειράς Al₂SiO₃, τα ορυκτά μετατρέπονται από κυανίτη σε σιλλιμανίτη στην αμφιβολιτική φάση, μεσαίας πίεσης που αντιστοιχούν σε σειρές φάσεων του Barrow.

Ακόμη σε λίγο υψηλότερη γεώθερμη έχουμε την ίδια αλληλουχία φάσεων, τα ορυκτά μετατρέπονται από κυανίτη σε ανδαλουσίτη και σε σιλλιμανίτη. Αυτές οι φάσεις είναι σειρές φάσεων χαμηλής πίεσης του Buchan.

Σε πολύ υψηλές γεώθερμές στις περιοχές διείσδυσης του μάγματος έχουμε την αλληλουχία των κερατικών φάσεων.

ΑΠΟ ΤΗ ΔΙΑΓΕΝΕΣΗ ΣΤΟΝ ΜΕΤΑΜΟΡΦΙΣΜΟ

Σε συνέχεια του παραπάνω ορισμού της μεταμόρφωσης, ο όρος “διαγένεση” καλύπτει την χαμηλότερη Τ αλλαγών στην επιφάνεια του φλοιού εξαιρουμένης της αποσάθρωσης.

Διαγένεση είναι όλες οι χημικές ορυκτολογικές, φυσικές και βιολογικές αλλαγές που συντελούνται σ΄ ένα ίζημα πριν και μετά τη λιθοποίησή του εξαιρουμένων της αποσάθρωσης και του μεταμορφισμού.

Οι αλλαγές που συνεπάγονται την διαγένεση είναι αποτέλεσμα των διεργασιών όπως συμπύκνωσης, τσιμεντοποίησης, αναδιάταξης, αυτογένεσης, αντικατάστασης, κρυσταλλοποίησης, διήθησης, ενυδάτωσης, αφυδάτωσης βακτηριακής δραστηριότητας και σύμπτυξης. Αυτές οι διεργασίες συντελούνται κάτω από κανονικές συνθήκες Ρ και Τ της επιφάνειας και του εξωτερικού φλοιού.

Η διαγένεση μπορεί να είναι ρηχή και χαρακτηρίζεται από την απουσία μεταβολών στα αλλόχθονα ορυκτά και βαθιά όπου συντελούνται μεταβολές σε αργιλικά ορυκτά όπως η ιλλιτίωση του σμεκτίτη, η καολινίωση του δικτίτη καθώς και η αύξηση των στρωμάτων ιλλίτη στα στρωματοποιημένα αργιλικά ορυκτά.

Πολύ χαμηλός βαθμός μεταμόρφωσης: η μεταβατική ζώνη .

Η μεταβατική ζώνη (ΜΖ) μεταξύ διαγένεσης και χαμηλού βαθμού μεταμόρφωσης χαρακτηρίζεται από την βαθμιαία αλλαγή διάφορων παραμέτρων οι οποίοι επηρεάζουν πετρώματα της εν λόγω ζώνης που βρίσκονται σε κατάσταση μερικής ή ολικής μεταμόρφωσης.

Αρχή της SCMR είναι ότι οι ορισμοί – ονόματα βασίζονται σε χαρακτηριστικά τα οποία φαίνονται με γυμνό οφθαλμό, στην περίπτωση όμως της ΜΖ αυτό δεν ισχύει και απαιτείται μικροσκοπική ανάλυση ή άλλες τεχνικές όπως ο δείκτης ιλλίτη Kübler (illite Kübler index). Τα όρια της Τ και Ρ, σ΄ αυτή τη ζώνη, δεν είναι εφικτό να καθοριστούν ακριβώς, που σημαίνει ότι πρακτικά δεν μπορούμε να ορίσουμε μια συγκεκριμένη ισόθερμη καθώς σε δεδομένη Τ κάποιο πέτρωμα αντιδρά και άλλο όχι. Περίπου από την ΜΖ και μετά αρχίζει ο σχηματισμός της Ζεολιθικής φάσης, η οποία περιλαμβάνει παραγενέσεις με ζεόλιθους και χαλαζία ανεξάρτητα αν προέρχονται από αρχικό μεταμορφισμό ή από διαγένεση.

Σε πυριτικά πετρώματα θεωρούμε ως αρχή της μεταμόρφωσης την εμφάνιση των εξής ορυκτών:

Καρφολίτη (Fe-Mg-carpholite), γλαυκοφανή, λωσονίτη (lawsonite) λομοντίτη (laumontite), παραγονίτη, πρενίτη, πουμπελλυῒτη ή στιλπνομέλανα.

Επειδή ο πολύ χαμηλός και χαμηλός βαθμός μεταμόρφωσης καλύπτει μόνο ένα μέρος του όλου μεταμορφικού πεδίου, θεωρήθηκε ότι η μεταμόρφωση σχηματίζεται σε πολύ χαμηλότερες Τ από το όριο της Πρασινοσχιστολιθικής φάσης που βρίσκεται σε πολύ χαμηλό βαθμό.

Το τμήμα του πολύ χαμηλού βαθμού μεταμορφικού πεδίου που χαρακτηρίζεται από πιέσεις χαμηλότερες από εκείνες της Γλαυκοφαντικής φάσης, ορίστηκε ως Υποπρασινοσχιστολιθική φάση, η οποία περιλαμβάνει φάσεις μεταβασίτων με διαγνωστικά ορυκτά: πρενίτη + πουμπελλυῒτη, πρενίτη + ακτινόλιθο, πουμπελλυῒτη + ακτινόλιθο.

Η πρενίτη - πουμπελλυῒτη φάση χαρακτηρίζεται από μεταψαμμίτες, από μεταηφαιστειακά πετρώματα και με παραγένεση χαλαζίας – αλβίτης – χλωρίτης - πρενίτης - πουμπελλυῒτης. χωρίς την παρουσία ζεόλιθων και λωσονίτη.

Η πρενίτη – ακτινόλιθου φάση χαρακτηρίζεται από την παραγένεση πρενίτης – ακτινόλιθος – επίδοτο (± χλωρίτης, αλβίτης, χαλαζίας και τιτανίτης).

Η πουμπελλυῒτη - ακτινόλιθου φάση χαρακτηρίζεται από την παραγένεση πουμπελλυῒτης-ακτινόλιθος – χαλαζίας (± χλωρίτης, αλβίτης και επίδοτο)

Η μετάβαση στην Πρασινοσχιστολιθική φάση. Η πρώτη εμφάνιση της διαγνωστικής παραγένεσης ακτινόλιθος+επίδοτο+χλωρίτης+αλβίτης+χαλαζίας σε χαμηλό βαθμό, χωρίς βέβαια την παρουσία πρενίτη ή/και πουμπελλυῒτη, σηματοδοτεί την μετάβαση από την Υποπρασινοσχιστολιθική στην Πρασινοσχιστολιθική φάση.

Πετρώματα που στερούνται διαγνωστικών ορυκτών και παραγενέσεων.

Σε αρκετά κοινά πετρώματα όπως οι θαλάσσιοι πηλίτες, ανθρακίτες, δεν υπάρχουν παραγενέσεις σε χαμηλό βαθμό μεταμόρφωσης και σ’ αυτές τις περιπτώσεις η μετάβαση από τη μη μεταμορφική περιοχή στην πολύ χαμηλού βαθμού περιοχή και στη συνέχεια στη χαμηλού βαθμού περιοχή μεταμόρφωσης γίνεται δια μέσου της διαγενετικής ζώνης, της αγχιζώνης και της επιζώνης.

Κάθε ζώνη ορίζεται από συγκεκριμένες τιμές του δείκτη ιλλίτη Kübler (ΚΙ) σε πλούσιους σε άργιλο κλάστες < 2μm.

Η Διαγενετική ζώνη χαρακτηρίζεται από τιμές του ΚΙ> 0.42 Δ⁰2θ Cu Κα.

Η Αγχιζώνη είναι μεταβατική ζώνη μεταξύ της διαγενετικής και της επιζωνικής με τιμές 0.25<ΚΙ<0.42 Δ⁰2θ Cu Κα. Ο μεταμορφισμός σ’ αυτή τη ζώνη ονομάζεται αγχιμεταμορφισμός οποίος αντιστοιχεί σε πολύ χαμηλό βαθμό μεταμόρφωσης. Σημειώστε ότι ο όρος εισήχθει από τον Harrasowitz (1927) για να καθορίσει της μεταβολές στη σύνθεση των ορυκτών κάτω από συνθήκες Ρ και Τ που επικρατούν μεταξύ της επιφάνειας και της ζώνης μεταμόρφωσης.

Η Επιζώνη είναι χαμηλού βαθμού μεταμόρφωσης με ΚΙ<0.25 Δ⁰2θ Cu Κα Ο όρος αυτός χρησιμοποιήθηκε από τον Grubenmann (1904) για να καθορίσει το ρηχό βάθος του μεταμορφισμού στη συγκεκριμένη περιοχή.

Επιπλέον του δείκτη ΚΙ και άλλοι παράγοντες όπως ανακλαστικότητα (reflectance) του βιτρινίτη (vitrinite) (πίνακας) χρησιμοποιούνται για τον καθορισμό της διαγενετικής και της μεταμορφωτικής ζώνης.

(Vitrinite reflectance: μετρά την ποσοστιαία ανακλαστικότητα την προσπίπτουσας ακτίνας φωτός στην επιφάνεια του βιτρινίτη, η χημική σύσταση του οποίου είναι κυταρρίνη και λιγνίνη με υαλώδη υφή).

Δείκτης ιλλίτη Kübler (ΚΙ) ή δείκτης κρυσταλλινότητας (crystallinity)

Διαγενετικές και μεταμορφικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα σε Τ χαμηλότερες της πρασινοσχιστολιθικής φάσης (<300⁰) έγιναν αιτία αφενός πετρώματα να χαρακτηριστούν από έλλειψη χημικής και ιστολογικής ισορροπίας και αφετέρου να δημιουργηθούν υπερ- λεπτόκοκκα ορυκτά τέτοια ώστε να μην μπορούν να αναγνωριστούν από πετρογραφικό μικροσκόπιο.

Αναζητώντας εναλλακτικές μεθόδους για τον χαρακτηρισμό συνθήκων Ρ Τ χαμηλού βαθμού, κατέληξαν στην ανάπτυξη της μεθόδου XRD για την κρυσταλλινότητα σε αργιλικά ορυκτά ώστε να αναλυθεί η μετάβαση από τη διαγένεση στον μεταμορφισμό.

Η πιο κοινή μέθοδος για τον προσδιορισμό του βαθμού μεταμόρφωσης σε μεταπηλίτες είναι ο ΚΙ, οποίος μετρά το πλήρες πλάτος στο μισό της μεγίστης έντασης της πρώτης, 10Å, ακτίνας Χ των αιχμών της περίθλασης σε μέγεθος κόκκων σκόνης <2μm αποξηραμένου αργιλικού δείγματος δυοκταεδρικού ιλλίτη - μοσχοβίτη με χρήση Cu-Κα ακτινοβολίας. Τελικά ο δείκτης δεικνύει τις μικρές μεταβολές της γωνίας Bragg (Δº2θ) και είναι η μέθοδος που προσδιορίζει τα μεταμορφικά όρια της διαγένεσης – αγχιζώνης- επιζώνης. Να σημειωθεί ότι η ακρίβεια του ΚΙ μειώνεται καθώς απομακρυνόμαστε τόσο από την αγχιζώνη προς την διαγένεση όσο και προς την επιζώνη.

Οι μετρήσεις του ΚΙ πρέπει να γίνονται με τη χρήση Νi-φίλτρου και ακτινοβολία Cu Κα (40 kV και 30 mA) με τιμές σάρωσης στο περιθλασιόμετρου 1–0.5º2θmin-1 για εύρος 7-10º2θ.

Κα =η ακτίνα Χ που παράγεται, με μήκος κύματος που εξαρτάται από τη δομή του ατόμου, κατά τη μετάβαση ενός ηλεκτρονίου από τη στοιβάδα L στην στοιβάδα Κ

Επεξηγήσεις – υπενθυμίσεις:

Οι ακτίνες Χ είναι ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με μήκος κύματος μεταξύ 0.02 Å και 100 Å

(1Å =10^-10 m), το οποίο επειδή είναι στο μέγεθος του ατόμου χρησιμοποιείται για τη μελέτη των κρυστάλλων.

XRD (X-Ray Diffraction): περίθλαση ακτίνων Χ.

Ο νόμος του Bragg για την XRD: nλ = 2d ημ θ (1)

Όπου λ= το μήκος κύματος, d= η απόσταση μεταξύ δύο επιπέδων του ατόμου,

θ= η γωνία πρόσπτωσης της ακτίνας Χ στο υπό εξέταση κρύσταλλο ή στο επίπεδο του ατόμου, τέτοια ώστε η ακτίνα να υποστεί περίθλαση,

n=1,2,3,…η κατάλληλη τιμή που προσδίδει στο λ τη δυνατότητα να διαπεράσει το επίπεδο και να περιθλασθεί.

Η εξίσωση (1) γράφεται ως d = nλ /2 ημ θ, καθώς η d είναι το ζητούμενο εφόσον γνωρίζουμε τη θ και το λ, το οποίο προσδιορίζεται από την εξίσωση ενέργειας (Ε) ακτινίων Χ του Einstein: λ=hc/E, όπου h= η σταθερά Planck.

Β. Ανδρώνης