ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Κρυστάλλωση σε στερεά κατάσταση υπό στατικές συνθήκες Σε απλά μεταμορφικά συστήματα, ανακρυστάλλωση συμβαίνει χωρίς την παράλληλη δράση παραμορφωτικών τάσεων. Τυπική περίπτωση αποτελεί η θερμική μεταμόρφωση ή η μετασωμάτωση σε ζώνες επαφής όπου η ανακρυστάλλωση προκαλείται από αύξηση Τ ή από την κίνηση ρευστών. Η ανακρυστάλλωση περιλαμβάνει προσαρμογή των ορίων προϋπαρχόντων σταθερών ορυκτών, όπως ο χαλαζίας, και σχηματισμό νέων σταθερών ορυκτών από ασταθή, όπως πορφυροβλάστες γρανάτη από χλωρίτη, μοσχοβίτη και χαλαζία.

ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Κρυστάλλωση σε στερεά κατάσταση υπό στατικές συνθήκες Ο σχηματισμός νέας φάσης εξαρτάται από 4 διαδικασίες: Καταστροφή προϋπαρχόντων αντιδρώντων φάσεων με μετακίνηση ιόντων από τις επιφάνειες των κόκκων. Αν η διεργασία αυτή γίνεται παρουσία ρευστής φάσης τότε πρόκειται για αντίδραση διάλυσης Διάχυση ιόντων στα όρια των κόκκων των ορυκτών και μετακίνησή τους από τα αντιδρώντα στα προϊόντα. Σχηματισμός πυρήνων κρυστάλλωσης των νέων προϊόντων που είναι σταθερά στις υπάρχουσες συνθήκες Ανάπτυξη των κόκκων των ορυκτών που συμβαίνει με ενσωμάτωση των μεταφερόμενων ιόντων στην επιφάνεια των κόκκων.

ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Κρυστάλλωση σε στερεά κατάσταση υπό στατικές συνθήκες Όταν ένας κόκκος σχηματίζεται, μπορεί να έχουμε διάχυση ιόντων εσωτερικά στην ατομική δομή του κρυστάλλου ειδικά σε περιπτώσεις στερεών διαλυμάτων, για να εξισορροπήσει η χημική του σύσταση με τις μεταβολές των μεταμορφικών συνθηκών. Αυτή η ενδοκρυσταλλική διάχυση εξαρτάται από την παρουσία ατελειών στο κρυσταλλικό πλέγμα και είναι πιο αργή από τη διάχυση που συμβαίνει κατά μήκος των ορίων των κρυστάλλων. Όσο μεγαλύτερη η απόσταση μεταξύ ιόντων στο πλέγμα και όσο λιγότερο ταξινομημένο είναι αυτό τόσο μεγαλύτερη ελευθερία μετακινήσεων έχουν τα ιόντα. Η πιο γρήγορη διάχυση συμβαίνει όταν υπάρχει ρευστή φάση μεταξύ των ορίων των κόκκων των ορυκτών. Στην περίπτωση αυτή η διάχυση εντείνεται γιατί οι δεσμοί υδρογόνου διασπώνται πιο εύκολα από τους δεσμούς Si-O, μειώνοντας έτσι την ενέργεια έναρξης της διάχυσης.

ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Κρυστάλλωση σε στερεά κατάσταση υπό στατικές συνθήκες Η ύπαρξη ξεχωριστής ρευστής φάσης σε πόρους του πετρώματος δημιουργεί διάχυση με μεγαλύτερο ρυθμό, ειδικά αν η φάση αυτή δεν είναι στατική αλλά κινείται. Οι αντιδράσεις διαφυγής αερίων απελευθερώνουν ρευστά που με τη σειρά τους εντείνουν τους ρυθμούς διάχυσης, μεταφοράς υλικού και σχηματισμού νέων ορυκτών φάσεων.

ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Διαμεικτικοί Ιστοί και Συμπλεκτίτες Καθώς αλλάζουν οι εντατικές παράμετροι κατά τη διάρκεια της μεταμόρφωσης, κρύσταλλοι ορυκτών που ήταν αρχικά σταθεροί, αποσταθεροποιούνται και διασπώνται σε δύο ή περισσότερες ορυκτολογικές φάσεις. Η πιο χαρακτηριστική διάμειξη είναι οι περθίτες που παρατηρούνται σε αλκαλιούχους αστρίους. Περθίτες σχηματίζονται σε πυριγενή πετρώματα κατά την αργή ψύξη του μάγματος αλλά και σε υψηλού βαθμού μεταμορφωμένα κατά την αργή πτώση της θερμοκρασίας. Σε αντίστοιχα πετρώματα παρατηρούνται και διαμεικτικά φαινόμενα σε πυροξένους με διαμείξεις φτωχές και πλούσιες σε Ca.

ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Διαμεικτικοί Ιστοί και Συμπλεκτίτες Όξινος γρανουλίτης με αντιπερθιτικά πλαγιόκλαστα και μεσοπερθιτικούς καλιούχους αστρίους.

ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Διαμεικτικοί Ιστοί και Συμπλεκτίτες Οι συμπλεκτίτες είναι γενικά σκωληκόμορφα προϊόντα διάσπασης δύο φάσεων από στερεά διαλύματα υψηλής Ρ και Τ. Οι πιο συνηθισμένοι είναι κορδιερίτης + χαλαζίας ± ορθοπυρόξενος μετά από γρανάτη και πλαγιόκλαστο + διοψίδιος που αντικαθιστούν ομφακιτικό πυρόξενο πλούσιο σε Na και Al σε εκλογιτικά πετρώματα. Άλλοι συμπλεκτίτες προκύπτουν από αμοιβαία αντίδραση μεταξύ δύο γειτονικών ασταθών φάσεων, όπως ορθοπυρόξενος + σπινέλλιος ± κλινοπυρόξενος στην επαφή ολιβίνη και πλαγιοκλάστου. Οι συμπλεκτίτες προκύπτουν από αντιδράσεις που ελέγχονται από τη διάχυση και τα προϊόντα αναπτύσσονται όσο το δυνατό πιο κοντά στις θέσεις των αντιδράσεων ή σε θέσεις αντιδράσεων όπου απελευθερώνεται το πιο αργό συστατικό διάχυσης.

ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Διαμεικτικοί Ιστοί και Συμπλεκτίτες Ανάπτυξη συμπλεκτίτη μεταξύ ολιβίνη και πλαγιοκλάστου. Πλαγιόκλαστο με μικροσκοπικά εγκλείσματα σπινέλλιου Υπολειμματικός ολιβίνης Διοψίδιος + σπινέλλιος Διοψίδιος Σπινέλλιος Υπερσθενής Πλαγιόκλαστο

ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Διαμεικτικοί Ιστοί και Συμπλεκτίτες Φωτογραφία SEM Πλαγιόκλαστο Διοψίδιος Ομφακίτης

ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Ισορροπία ορυκτολογικών παραγενέσεων Σε περιοχές μεταμορφωμένων πετρωμάτων, η ισορροπία μεταξύ των ορυκτών υποδεικνύεται με συσχετίσεις μεταξύ της σύστασης των ορυκτών και της ολικής χημικής σύστασης του πετρώματος και από συστηματικές γεωγραφικές διαφοροποιήσεις της ορυκτολογικής σύστασης που ανακλάται στις μεταμορφικές ζώνες. Σε λεπτή τομή η εύρεση μιας ορυκτολογικής παραγένεσης που βρίσκεται σε ισορροπία δεν είναι εύκολη ιδιαίτερα σε πολυμεταμορφωμένα πετρώματα. Έχουν διατυπωθεί κριτήρια ισορροπίας μεταξύ ορυκτολογικών φάσεων αλλά θα πρέπει κανείς να λαμβάνει υπόψη του ότι αυτά αποτελούν απαραίτητες συνθήκες αλλά όχι επαρκείς για να αποδείξουν συνθήκες ισορροπίας.

ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Ισορροπία ορυκτολογικών παραγενέσεων Κριτήρια ισορροπίας: Απουσία ασυμβίβαστων ορυκτών όπως ο χαλαζίας και ο Mg-ολιβίνης ή ο αιματίτης και ο γραφίτης. Η σταθεροποίηση του αιματίτη απαιτεί οξειδωτικές συνθήκες, ψηλή μερική πίεση οξυγόνου, ενώ ο γραφίτης απαιτεί χαμηλή μερική πίεση οξυγόνου

ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Ισορροπία ορυκτολογικών παραγενέσεων Κριτήρια ισορροπίας: Όλες οι φάσεις να βρίσκονται σε επαφή μεταξύ τους. Κόκκοι νέων φάσεων τείνουν να σχηματίζουν πυρήνες και να αναπτύσσονται κατά μήκος των ορίων των ορυκτών. Αν κάποιο ορυκτό απομονωθεί από τα υπόλοιπα τότε δεν μπορεί ν’ αντιδράσει και να ισορροπήσει. Έτσι μια ορυκτολογική φάση που εμφανίζεται μόνο σαν έγκλεισμα σε ποικιλοβλάστη είναι πιθανόν να ανήκει σε μια προηγούμενη παραγένεση. Από την άλλη, ένα συγκεκριμένο ορυκτό μπορεί επιλεκτικά να δημιουργείται πάνω σ’ ένα άλλο ορυκτό, όπως ο σιλλιμανίτης πάνω σε βιοτίτη, αποκλείοντας επαφή με άλλα ορυκτά του πετρώματος που βρίσκονται σε ισορροπία.

ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Ισορροπία ορυκτολογικών παραγενέσεων Βιοτίτης Φιμπρόλιθος Ανδαλουσίτης

ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Ισορροπία ορυκτολογικών παραγενέσεων Κριτήρια ισορροπίας: Απουσία αντικατάστασης ενός ορυκτού από άλλο. Συσσωματώματα χλωρίτη στην περιφέρεια γρανάτη ή έχοντας το χαρακτηριστικό δωδεκαεδρικό σχήμα του γρανάτη πιθανότατα έχουν προκύψει από ανάδρομη ενυδάτωση. Το ίδιο ισχύει και για αντικατάσταση αργιλοπυριτικών ορυκτών και αστρίων από λευκό μαρμαρυγία. Απουσία κόκκων που παρουσιάζουν παραμόρφωση δίπλα σε κόκκους που δεν παρουσιάζουν παραμορφώσεις γεγονός που δείχνει ότι αυτά αναπτύχθηκαν σε διαφορετικές συνθήκες.

ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Ισορροπία ορυκτολογικών παραγενέσεων Κριτήρια ισορροπίας: Οι κόκκοι να παρουσιάζουν σχήματα με τη μικρότερη επιφανειακή ενέργεια, όπως συμβαίνει στο γρανοβλαστικό ιστό. Σε χαμηλού βαθμού μεταμορφωμένα πετρώματα ή εκεί όπου ο χρόνος δεν επαρκούσε για την εξισορρόπηση του ιστού, οι κόκκοι δεν θα έχουν εξισορροπημένα σχήματα. Το ίδιο θα ισχύει για ορυκτά που έχουν ψηλή ενέργεια ανισοτροπίας. Η χημική ισορροπία επιτυγχάνεται γρηγορότερα από τη δομική.

ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Ισορροπία ορυκτολογικών παραγενέσεων Κριτήρια ισορροπίας: Η χημική σύσταση ενός ορυκτού να είναι ομοιόμορφη κι έτσι η κατανομή χημικών στοιχείων να είναι παρόμοια μεταξύ ορυκτών σε διαφορετικά σημεία του πετρώματος. Αν ένα ορυκτό είναι ζωνώδες τότε οι περιφέρειες ορυκτών που βρίσκονται σε γειτονία θα έχουν παρόμοια σύσταση. Οι κεντρικές ζώνες των ζωνωδών κρυστάλλων μπορεί να μην είναι σε ισορροπία με άλλες φάσεις.

ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Μεταμορφικές αντιδράσεις Οι ορυκτολογικές αντιδράσεις ταξινομούνται είτε με βάση τις φάσεις που παίρνουν μέρος σ’ αυτές είτε με βάση τους μηχανισμούς της αντίδρασης και τις συνθήκες ισορροπίας. Αντιδράσεις μεταξύ στερεού-στερεού. Περιλαμβάνουν μόνο στερεές φάσεις ως αντιδρώντα και προϊόντα χωρίς τη συμμετοχή ρευστής φάσης. Η ρευστή φάση μπορεί να υπάρχει και να λειτουργεί ως καταλύτης που διευκολύνει την αντίδραση χωρίς όμως να παίρνει μέρος σ’ αυτή.

ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Μεταμορφικές αντιδράσεις Αντιδράσεις μεταξύ στερεού-ρευστού. Σ’ αυτή την περίπτωση απελευθερώνεται ή καταναλώνεται ρευστή φάση και αυτή η αντίδραση δεν εξαρτάται μόνο από τη P και τη Τ αλλά και την πίεση του ρευστού. Αναγωγικές αντιδράσεις προκαλούνται από αλλαγές στη Τ και τη μερική πίεση αερίων, κυρίως του οξυγόνου, και οδηγούν σε αλλαγές στην οξειδωτική κατάσταση. Μετασωματικές αντιδράσεις προκύπτουν σε ανοικτά μεταμορφικά συστήματα όπου αντικαταστάσεις μεταξύ συστατικών της ρευστής φάσης που εισβάλει στο σύστημα και των στερεών φάσεων οδηγούν σε τελείως νέα ορυκτολογική παραγένεση.

ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Μεταμορφικές αντιδράσεις Ασυνεχείς αντιδράσεις συμβαίνουν για μια συγκεκριμένη τιμή P και T. Αντιδρώντα και προϊόντα είναι σε μονομεταβλητή ισορροπία, κατά μήκος μιας καμπύλης σε διάγραμμα P-T. Οι ασυνεχείς αντιδράσεις είναι δύο ειδών: Πολυμορφικοί μετασχηματισμοί. Μετατροπή μιας στερεής φάσης σε άλλη ίδιας χημικής σύστασης αλλά διαφορετικής ατομικής δομής, π.χ. ασβεστίτης σε αραγωνίτη. Αντιδράσεις καθαρής μεταφοράς (ετερογενείς). Περιλαμβάνουν μετακίνηση ύλης μεταξύ διαφόρων φάσεων, καταναλώνοντας αντιδρώντα και παράγοντας νέες φάσεις. Οι αναλογίες των διαφορετικών φάσεων αλλάζουν κατά την πορεία της αντίδρασης.

ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Μεταμορφικές αντιδράσεις Συνεχείς αντιδράσεις συμβαίνουν συνεχώς σε ισορροπία για μια μεγάλη διακύμανση τιμών P και T ως αποτέλεσμα συστασιακής διαφοροποίησης μεταξύ αντιδρώντων και προϊόντων. Αντιδρώντα και προϊόντα αλλάζουν συστάσεις κατά την πορεία της αντίδρασης. Μία συνεχής αντίδραση γίνεται ασυνεχής όταν λαμβάνονται υπόψη τα καθαρά ακραία μέλη. Συνεχής αντίδραση αποτελεί μια αντίδραση ανταλλαγής όπου δεν έχουμε αλλαγή στην αναλογία αντιδρώντων και προϊόντων αλλά μόνο στις συγκεντρώσεις στοιχείων που αντικαθιστούν το ένα το άλλο, όπως Fe και Mg, όπου ο λόγος Fe/(Fe+Mg) αλλάζει μεταξύ των ορυκτών φάσεων κατά την αντίδραση. Εκτός των αντιδράσεων πολυμορφισμού όλες οι αντιδράσεις που συμβαίνουν στα μεταμορφωμένα πετρώματα είναι συνδυασμοί των παραπάνω.