ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Πορείες P-T-t και σειρά αντιδράσεων Κατά τη διάρκεια ενός τεκτονικού γεγονότος ένας συγκεκριμένος όγκος πετρώματος ακολουθεί μία μοναδική διαδρομή στο χώρο και στο χρόνο. Κάθε όγκος πετρώματος μπορεί να χάσει ή να δεχτεί θερμότητα καθώς και ν’ αλλάξει θέση στο χώρο, μ’ αποτέλεσμα ν’ αλλάξει η λιθοστατική πίεση που εφαρμόζεται σ’ αυτόν.

ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Πορείες P-T-t και σειρά αντιδράσεων Έστω ότι έχουμε σύγκρουση ηπειρωτικών λιθοσφαιρικών πλακών και τη δημιουργία νέου ηπειρωτικού φλοιού με διπλάσιο πάχος από το αρχικό. Στο χρόνο t1 ένας όγκος πετρώματος θα βρίσκεται σε ισορροπία. c t1 P Γεώθερμη σταθερής κατάστασης t1 = 0 my t1 T

ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Πορείες P-T-t και σειρά αντιδράσεων Στο χρόνο t2 ο ηπειρωτικός φλοιός καταδύεται κάτω από άλλο ηπειρωτικό φλοιό. Το αυξανόμενο βάθος του πετρώματος συνοδεύεται από αύξηση της P. Παράλληλα, δέχεται μεγαλύτερη θερμότητα με ρυθμό όμως μικρότερο από το ρυθμό αύξησης της πίεσης, γι’ αυτό η γεώθερμη γίνεται πιο απότομη (μεγαλύτερη κλίση) από την αρχική. c P t1 t2 t3 t3 t2 t2 = 10 my t1 T

ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Πορείες P-T-t και σειρά αντιδράσεων Στο t3 ο φλοιός έχει φτάσει στο μεγαλύτερο βάθος, έχει αποκτήσει διπλάσιο πάχος από το αρχικό και άρα τη μέγιστη P. Περαιτέρω κίνηση των πλακών δεν θα αυξήσει το πάχος του φλοιού και η πίεση θα παραμένει σταθερή. Η θερμοκρασία, από την άλλη πλευρά, θ’ αυξάνει, γιατί θερμότητα θα μεταφέρεται συνεχώς από το μανδύα. c P t1 t2 t3 max P t3 t2 t2 = 10 my t1 T

ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Πορείες P-T-t και σειρά αντιδράσεων Περαιτέρω κίνηση των πλακών δεν θα αυξήσει το πάχος του φλοιού και η πίεση θα παραμένει σταθερή. Η θερμοκρασία, από την άλλη πλευρά, θ’ αυξάνει, γιατί θερμότητα θα μεταφέρεται συνεχώς από το μανδύα. c t1 t2 P t3 t4 t3 t4 max P t4 = 20 my t1 T

ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Πορείες P-T-t και σειρά αντιδράσεων Από το σημείο αυτό και μετά, η πορεία του πετρώματος εξαρτάται από διάφορους μηχανισμούς. Μπορεί να έχουμε συνεχής μεταφορά τεμαχίων του πετρώματος προς ανώτερα σημεία λόγω τεκτονικών αιτιών. c t1 t2 P t3 t4 t3 t4 t4 = 20 my t1 T

ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Πορείες P-T-t και σειρά αντιδράσεων Ή μπορεί να έχουμε, ύστερα από κάποιο χρονικό διάστημα, παύση της σύγκλισης των πλακών. Μια πιθανή αιτία μπορεί να είναι ότι οι δυνάμεις τριβής εξισορροπούνται με τις δυνάμεις που προκαλούν την κίνηση της λιθοσφαιρικής πλάκας. c t6 t1 t2 P t5 Μεταβατικές γεώθερμες t4 t3 t4 t5 t4 = 20 my t6 max T T

ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Πορείες P-T-t και σειρά αντιδράσεων Σ’ αυτή την περίπτωση, ο φλοιός θ’ αρχίσει ν’ ανυψώνεται και η αποσάθρωση θα αφαιρέσει τα υπερκείμενα πετρώματα μ’ αποτέλεσμα το πέτρωμα να επανέρθει στο αρχικό του βάθος. Αν ο χρόνος είναι αρκετός, τότε το πέτρωμα θα επανέλθει στην αρχική γεώθερμη σταθερής κατάστασης. c t6 t1 t2 P t5 Μεταβατικές γεώθερμες t4 t3 t4 t5 t4 = 20 my t6 (= t1) max T T

ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Πορείες P-T-t και σειρά αντιδράσεων Η πορεία μεταξύ t4 και t5 χαρακτηρίζεται από αποσυμπίεση. Αν ο ρυθμός ανύψωσης είναι μικρός σε σχέση με το ρυθμό ροής θερμότητας, τότε κατά την ανύψωση του πετρώματος θα έχουμε και αύξηση της θερμοκρασίας. c t6 t1 t2 P t5 Μεταβατικές γεώθερμες t4 t3 t4 t5 t4 = 20 my t6 (= t1) max T T

ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Πορείες P-T-t και σειρά αντιδράσεων Το σημείο t5 αντιπροσωπεύει το σημείο της μέγιστης θερμοκρασίας που αποκτά το πέτρωμα σ’ αυτή τη μεταμορφική πορεία. Σε κάποιο σημείο όμως το πέτρωμα θα χάσει θερμότητα και θ’ αρχίσει να κρυώνει. Στο σημείο t6 το πέτρωμα έχει επιστρέψει στην αρχική του θέση, στη γεώθερμη σταθερής κατάστασης. c t6 t1 t2 P t5 Μεταβατικές γεώθερμες t4 t3 t4 t5 t4 = 20 my t6 (= t1) max T T

ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Πορείες P-T-t και σειρά αντιδράσεων Η πορεία που ακολούθησε το πέτρωμα δίνεται στο παρακάτω διάγραμμα P-T. Το πέτρωμα ακολουθεί μια πορεία δεξιόστροφη ξεκινώντας από το σημείο c. Ανάλογες πορείες είναι χαρακτηριστικές για πετρώματα που έχουν υποστεί ορογενετική μεταμόρφωση. P T γεώθερμη σταθερής κατάστασης max P ελάχιστη ένυδρη κατάσταση max Τ αντιδράσεις αφυδάτωσης c

ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Πορείες P-T-t και σειρά αντιδράσεων Αριστερόστροφη πορεία ακολουθούν πετρώματα που έχουν υποστεί αύξηση θερμοκρασίας από μαγματική διείσδυση πριν από την πάχυνση του φλοιού. Σε άλλες περιπτώσεις η ορογένεση χαρακτηρίζεται από: ισοθερμική πάχυνση, ισοβαρική θέρμανση, ισοθερμική αποσυμπίεση και ισοβαρική ψύξη. P T γεώθερμη σταθερής κατάστασης max P ελάχιστη ένυδρη κατάσταση max Τ αντιδράσεις αφυδάτωσης c

ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Πορείες P-T-t και σειρά αντιδράσεων Αν ένα πέτρωμα διατηρηθεί σε κατάσταση ισορροπίας και η μεταμόρφωση είναι ισοχημική τότε δεν θα βρούμε στοιχεία της μεταμορφικής του πορείας, κάτι που συνήθως δεν συμβαίνει, αφού υψηλού βαθμού μεταμορφωμένα πετρώματα μπορεί να βρεθούν στην επιφάνεια της γης. P T γεώθερμη σταθερής κατάστασης max P ελάχιστη ένυδρη κατάσταση max Τ αντιδράσεις αφυδάτωσης c

ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Πορείες P-T-t και σειρά αντιδράσεων Ας θεωρήσουμε ένα ιζηματογενές πέτρωμα, το οποίο αποτελείται από μεγάλο αριθμό ένυδρων ορυκτών. Κατά τη διάρκεια της πρόδρομης μεταμόρφωσης θα υποστεί μια σειρά συνεχών και ασυνεχών αντιδράσεων αφυδάτωσης. P T γεώθερμη σταθερής κατάστασης max P ελάχιστη ένυδρη κατάσταση max Τ αντιδράσεις αφυδάτωσης c

ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Πορείες P-T-t και σειρά αντιδράσεων Το πέτρωμα φτάνοντας στο σημείο Μ θα χάσει νερό, θα συνεχίσει να περιέχει μια ποσότητα ένυδρων ορυκτών και η αφυδάτωσή του θα συνεχιστεί μέχρι να συμβεί η τελευταία αντίδραση αφυδάτωσης, στο σημείο της ελάχιστης ένυδρης κατάστασης. Το σημείο αυτό διαφέρει από το σημείο μέγιστης P και T. P T γεώθερμη σταθερής κατάστασης max P ελάχιστη ένυδρη κατάσταση max Τ αντιδράσεις αφυδάτωσης c M

ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Πορείες P-T-t και σειρά αντιδράσεων Το πέτρωμα περιέχει μια ορυκτολογική παραγένεση σε ισορροπία με μια ένυδρη ρευστή φάση. Μετά το σημείο της ελάχιστης ένυδρης κατάστασης, οι αντιδράσεις ακολουθούν την αντίστροφη πορεία, καταναλώνουν νερό και σχηματίζουν ένυδρα από άνυδρα ορυκτά. Η ελάχιστη ποσότητα νερού που έχει μείνει στο πέτρωμα θα εξαντληθεί κατά την αντίδραση ενυδάτωσης και το πέτρωμα τότε θα απαλλαχθεί από τη ρευστή φάση. Έτσι οποιαδήποτε ορυκτολογική αλλαγή, για την προσαρμογή του πετρώματος στις νέες συνθήκες P-T, δεν θα είναι εφικτή, ακόμη και οι αντιδράσεις μετασχηματισμού. Επομένως η απώλεια νερού σηματοδοτεί το κλείσιμο της μεταμορφικής ιστορίας του πετρώματος.

ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Πορείες P-T-t και σειρά αντιδράσεων Κατά την άνοδό του στην επιφάνεια το πέτρωμα θα περάσει από το σημείο Ν. Η αντίδραση ενυδάτωσης θα συμβεί μόνο αν υπάρχει νερό στο σύστημα. Συνήθως οι αντιδράσεις ενυδάτωσης δεν ολοκληρώνονται. Το νερό για να προχωρήσουν αυτές οι αντιδράσεις συνήθως προέρχεται από τελευταία παραμορφωτικά γεγονότα. P T γεώθερμη σταθερής κατάστασης max P ελάχιστη ένυδρη κατάσταση max Τ αντιδράσεις αφυδάτωσης c M N