Μεταμορφικές Ζώνες Στην περιοχική, αλλά και στη θερμική μεταμόρφωση, οι ορυκτολογικές μεταβολές που παρατηρούνται καθώς διασχίζουμε μια περιοχή, είναι αποτέλεσμα της σταδιακής μεταβολής του βαθμού μεταμόρφωσης. Κατά τη χαρτογράφηση των σχηματισμών μεταμορφωμένων πετρωμάτων και με βάση τα ορυκτολογικά συστατικά μπορούν να διακριθούν μεταμορφικές ζώνες, που αντικατοπτρίζουν τη μεταβολή του βαθμού μεταμόρφωσης. Οι μεταμορφικές ζώνες καθορίζονται από την παρουσία χαρακτηριστικών ορυκτών που ονομάζονται ορυκτά δείκτες. Οι μεταμορφικές ζώνες διακρίνονται στα μεταπηλιτικά, μεταβασικά και χαλαζιομιγή μεταασβεστιτικά πετρώματα, όχι στα χαλαζιοαστριούχα.

Μεταμορφικές ζώνες σε θερμική μεταμόρφωση μεταπηλιτικών πετρωμάτων Μεταμορφικές Ζώνες Μεταμορφικές ζώνες σε θερμική μεταμόρφωση μεταπηλιτικών πετρωμάτων

Μεταμορφικές Ζώνες Η πρώτη μεταμορφική διαδοχή ορυκτών παρατηρήθηκε σε μεταπηλιτικά πετρώματα και ονομάστηκε μεταμόρφωση τύπου Barrow: Αύξηση βαθμού μεταμόρφωσης ζώνη χλωρίτη ζώνη βιοτίτη ζώνη γρανάτη (αλμανδίνης) ζώνη σταυρόλιθου ζώνη κυανίτη ζώνη σιλλιμανίτη

Μεταμορφικές Ζώνες Αργότερα παρατηρήθηκε σε μεταπηλιτικά πετρώματα μια άλλη μεταμορφική διαδοχή ορυκτών που ονομάστηκε μεταμόρφωση τύπου Buchan: ζώνη χλωρίτη ζώνη βιοτίτη ζώνη κορδιερίτη ζώνη ανδαλουσίτη ζώνη σιλλιμανίτη Αύξηση βαθμού μεταμόρφωσης

Μεταμορφικές Ζώνες Σε τι οφείλεται η διαφορά στη διαδοχή των ζωνών; Η κατεύθυνση που θα ακολουθήσει η μεταμόρφωση των μεταπηλιτών εξαρτάται από τη γεωθερμική βαθμίδα. Γεωθερμική βαθμίδα ονομάζεται η μεταβολή της θερμοκρασίας σε σχέση με το βάθος σ’ ένα τόπο και η τιμή της καθορίζει το ρυθμό αύξησης της θερμοκρασίας παράλληλα με την αύξηση του βάθους. Η τιμή της εξαρτάται από τη γεωτεκτονική κατάσταση μιας περιοχής.

Μεταμορφικές Ζώνες Γεωθερμική βαθμίδα

Μεταμορφικές Ζώνες Γεωθερμική βαθμίδα ΔΤ1 ΔΤ2 Τ ΔΖ ΔΡ γ2 Ζ Ρ γ1

Μεταμορφικές Ζώνες Ρ Τ Γεωθερμική βαθμίδα Ky Sil And γ1 γ2 10 8 6 4 2 200 400 600 800 Τ

Μεταμορφικές Ζώνες Ανάλογες μεταμορφικές ζώνες εμφανίζονται σε μεταβασίτες. Η συνηθέστερη διαδοχή είναι: Αύξηση βαθμού μεταμόρφωσης ζώνη αλβίτη ζώνη ακτινόλιθου ζώνη κεροστίλβης

Μεταμορφικές Ζώνες Σε χαλαζιομιγή μεταασβεστιτικά πετρώματα η συνηθέστερη διαδοχή είναι:. ζώνη δολομίτη ζώνη τρεμολίτη ζώνη διοψίδιου ζώνη βολλαστονίτη Αύξηση βαθμού μεταμόρφωσης

Ισόβαθμες Κατά τη γεωλογική χαρτογράφηση μιας περιοχής μπορεί να γίνει διαχωρισμός των ζωνών μεταμόρφωσης με βάση τα ορυκτά δείκτες. Η κάθε ζώνη αντιπροσωπεύει συγκεκριμένες συνθήκες P – T. Οι γραμμές που διαχωρίζουν τις μεταμορφικές ζώνες μεταξύ τους και που ενώνουν θέσεις με τον ίδιο βαθμό μεταμόρφωσης, ονομάζονται ισόβαθμες. Η κάθε ισόβαθμη χαρακτηρίζεται από το ορυκτό δείκτη που πρωτοεμφανίζεται.

Ισόβαθμες Μεταμόρφωση αργιλοπηλιτικών πετρωμάτων Βαθμός μεταμόρφωσης

Ισόβαθμες Στην πραγματικότητα οι ισόβαθμες δεν είναι παράλληλες μεταξύ τους, ούτε οι μεταμορφικές ζώνες έχουν σταθερό πλάτος και γενικά είναι ανεξάρτητες από την τεκτονική παραμόρφωση μιας περιοχής. Ζώνη Γ Ζώνη Α Ζώνη Β

Ισόβαθμες Δύο πράγματα πρέπει να έχει κανείς υπόψη του, κατά τη χάραξη των ισόβαθμων και των καθορισμό των μεταμορφικών ζωνών: Πρέπει να γίνεται στην ίδια ομάδα μεταμορφωμένων πετρωμάτων, δηλαδή σε μεταμορφωμένα πετρώματα που έχουν μεταμορφωθεί κατά το ίδιο μεταμορφικό επεισόδιο και άρα έχουν την ίδια ηλικία μεταμόρφωσης. Αν εμφανίζονται διακοπές στη συνέχεια των ισόβαθμων, αυτές μπορεί να οφείλονται είτε σε τεκτονικά αίτια που διαταράσσουν τη συνέχεια μιας ομάδας πετρωμάτων, είτε στη συνύπαρξη διαφορετικών ομάδων μεταμορφωμένων πετρωμάτων στην ίδια περιοχή.

Μεταμορφικές Φάσεις Μεταμορφικές φάσεις είναι ομαδοποιήσεις μεταμορφωμένων πετρωμάτων που έχουν διαφορετικές ορυκτολογικές συστάσεις και προέρχονται από διαφορετικά αρχικά πετρώματα αλλά σχηματίστηκαν κάτω από παρόμοιες συνθήκες μεταμόρφωσης. Οι βασικές αρχές των μεταμορφικών φάσεων είναι: Κάτω από τις ίδιες μεταμορφικές συνθήκες μπορούν να σχηματιστούν διαφορετικοί τύποι μεταμορφωμένων πετρωμάτων από διαφορετικά αρχικά πετρώματα. Από παρόμοιας σύστασης αρχικά πετρώματα μπορούν να πετρωμάτων κάτω από διαφορετικές μεταμορφικές συνθήκες.

Μεταμορφικές Φάσεις Η ονομασία σε κάθε μεταμορφική φάση δίνεται από κάποιο τύπο πετρώματος που συναντάτε μόνο στη φάση αυτή. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούνται οι τύποι των μεταβασιτών (Eskola, 1920). T (oC) 200 400 600 800 κερατιτική 2 ζεολιθική 10 Βάθος (km) Ρ (kb) 4 6 πρασινοσχιστολιθική αμφιβολιτική 20 γρανουλιτική γλαυκοφανιτική 8 30 10 εκλογιτική 12 40

Μεταμορφικές Φάσεις 16 50 14 12 40 10 Ρ (kb) Βάθος (km) 30 8 20 6 4 10 εκλογιτική 50 14 γραμμή ελαχίστου τήξης γρανιτικής σύστασης 12 40 γλαυκοφανιτική 10 Ρ (kb) Βάθος (km) 30 8 γρανουλιτική αμφιβολιτική 20 6 πρασινοσχιστολιθική πουμπελλυϊτική πρενιτική 4 10 ζεολιθική 2 Hbl Px Ab-Ep San κερατιτική Θερμική μεταμόρφωση 200 400 600 800 T (oC)

Φασικές Σειρές Στην περιοχική μεταμόρφωση όπου ένα μεγάλο σε μέγεθος τμήμα του φλοιού μεταμορφώνεται, ο βαθμός μεταμόρφωσης δεν είναι ίδιος σε όλο τον όγκο των πετρωμάτων. Ο βαθμός μεταμόρφωσης δεν εξαρτάται μόνο από τις μεταμορφικές συνθήκες και το χρόνο δράσης των μεταμορφικών διεργασιών, αλλά και από την τιμή της γεωθερμικής βαθμίδας στην περιοχή.

Φασικές Σειρές P kb T oC Συνθήκες χαμηλής τιμής γεωθερμικής βαθμίδας: γλαυκοφανιτική εκλογιτική Συνθήκες υψηλής τιμής γεωθερμικής βαθμίδας: πρασινοσχιστολιθική αμφιβολιτική γρανουλιτική P kb α 14 10 β 6 2 200 400 600 800 T oC

Φασικές Σειρές Για τις συνθήκες περιοχικής μεταμόρφωσης έχει καθιερωθεί ένας διαχωρισμός των μεταμορφικών φάσεων ως εξής: HP-LT (ψηλή πίεση-χαμηλή θερμοκρασία) μεταπηλίτες απουσία αργιλοπυριτικών ορυκτών μεταβασίτες γλαυκοφανιτική εκλογιτική φάση MP-MT (μέση πίεση-μέση θερμοκρασία) μεταπηλίτες Ky + Sil And – Cord μεταβασίτες πρασινοσχιστολιθική-αμφιβολιτική εκλογιτική ή γρανουλιτική LP-HT (χαμηλή πίεση-ψηλή θερμοκρασία) μεταπηλίτες And + Cord + Sil Ky γρανουλιτική εκλογιτική

Φασικές Σειρές Αυτές οι τρεις διαδοχές παραγενέσεων που αντιστοιχούν σε τρεις τομείς στο πεδίο P-T ονομάζονται φασικές σειρές. Στη σειρά LP-HT μπορεί να προστεθεί και η θερμική μεταμόρφωση. HP-LT MP-MT LP-HT T oC P kb 2 6 10 14 200 400 600 800 Θερμική μεταμόρφωση

Ισόβαθμες Αντιδράσεων Η μεταμόρφωση ενός πρωτόλιθου συνοδεύεται από ιστολογική ή/και ορυκτολογική μεταβολή (νεοορυκτογένεση). Η ορυκτολογική μεταβολή είναι αποτέλεσμα αντιδράσεων μεταξύ των ορυκτών του πετρώματος, με συμμετοχή ή όχι της ρευστής φάσης. Τα αντιδρώντα ορυκτά αποτελούν την παραγένεση του πετρώματος πριν την αντίδραση, ενώ τα προϊόντα της αντίδρασης είναι τα ορυκτά της παραγένεσης που προκύπτει μετά την αντίδραση. Ισόβαθμη αντίδρασης χαρακτηρίζεται η γραμμή που διαχωρίζει δύο διαφορετικές παραγενέσεις, που η μία μπορεί να προκύψει από την άλλη με την πραγματοποίηση μιας μεταμορφικής αντίδρασης.

Ισόβαθμες Αντιδράσεων Σ’ ένα μεταμορφικό σχηματισμό μπορεί να υπάρχουν διάφορες ισόβαθμες αντιδράσεων και η κάθε μία να αντιστοιχεί σε μία από τις διάφορες αντιδράσεις που συνέβησαν κατά τη μεταμόρφωσή του. Ο προσδιορισμός της μεταμορφικής φάσης ενός πετρώματος δίνει ένα γενικό πλαίσιο των συνθηκών P-T, ενώ οι ισόβαθμες δείχνουν απλά τη θέση όπου πρωτοεμφανίζεται ένα ορυκτό δείκτης. Για να βρεθούν οι ακριβείς συνθήκες μεταμόρφωσης ενός πετρώματος πρέπει να διαπιστωθούν οι ισόβαθμες αντιδράσεων. Η κάθε αντίδραση συμβαίνει σε συγκεκριμένες συνθήκες P-T, όπως αποδεικνύεται από πειραματικά δεδομένα.

Είδη παραγενετικής ισορροπίας Για τον προσδιορισμό των ακριβών συνθηκών της μεταμόρφωσης (T, P, Pf κ.λ.π.) ιδιαίτερη πετρογενετική σημασία έχουν τα πειραματικά δεδομένα που αναφέρονται στην πραγματοποίηση μιας αντίδρασης. Τα αποτελέσματα αυτά απεικονίζονται στο παρακάτω υποθετικό σχήμα: P A + Δ + E Β + Γ = Δ + Ε A + Β + Γ Α + Ε = Η Α + Β + Γ = Δ + Η Δ + Η T

Είδη παραγενετικής ισορροπίας Οι παραγενέσεις που είναι σταθερές στα επί μέρους πεδία χαρακτηρίζονται από διμεταβλητή ισορροπία, επειδή οι τιμές P, T μπορούν να μεταβληθούν ανεξάρτητα η μία από την άλλη χωρίς να διαταραχτεί η θερμοδυναμική ισορροπία. P A + Δ + E Β + Γ = Δ + Ε A + Β + Γ Α + Ε = Η Α + Β + Γ = Δ + Η Δ + Η T

Είδη παραγενετικής ισορροπίας Για τιμές P, T που βρίσκονται πάνω στις γραμμές που διαχωρίζουν τα πεδία σταθερότητας, θα συνυπάρχουν όλες οι φάσεις που διαχωρίζει η οριακή γραμμή, π. χ. στη γραμμή που αντιπροσωπεύει την αντίδραση Α + Ε = Η θα βρίσκονται σε ισορροπία οι φάσεις Α + Δ + Η + Ε. Αυτή η παραγένεση χαρακτηρίζεται από μονομεταβλητή ισορροπία, επειδή οι τιμές P, T δεν μπορούν να μεταβληθούν ανεξάρτητα η μία από την άλλη χωρίς να διαταραχτεί η θερμοδυναμική ισορροπία. P A + Δ + E Β + Γ = Δ + Ε A + Β + Γ Α + Ε = Η Α + Β + Γ = Δ + Η Δ + Η T

Είδη παραγενετικής ισορροπίας Στο σημείο, όπου ενώνονται οι γραμμές διαχωρισμού των πεδίων σταθερότητας, αντιστοιχεί ένα συγκεκριμένο ζεύγος τιμών P, T και η παραγένεση που είναι σταθερή περιλαμβάνει όλες τις φάσεις Α + Β + Γ + Δ + Ε + Η και χαρακτηρίζεται από αμετάβλητη ισορροπία, επειδή οποιαδήποτε μεταβολή των P, T θα διαταράξει τη θερμοδυναμική ισορροπία. P A + Δ + E Β + Γ = Δ + Ε A + Β + Γ Α + Ε = Η Α + Β + Γ = Δ + Η Δ + Η T

Είδη παραγενετικής ισορροπίας Όπως προκύπτει από το προηγούμενο παράδειγμα: όσα περισσότερα ορυκτά σε ισορροπία συμμετέχουν στην παραγένεση ενός πετρώματος, τόσο πιο περιορισμένη είναι η μεταβλητότητά του και πιο ακριβής ο προσδιορισμός των τιμών των μεταμορφικών παραμέτρων. οι πετρογραφικοί τύποι στα διαγράμματα ισορροπίας αντιστοιχούν: είτε σε αμετάβλητα σημεία οπότε έχουμε τις ακριβείς τιμές και των δύο παραμέτρων P, T είτε σε μονομεταβλητές γραμμές οπότε προσδιορίζοντας τη μία παράμετρο, να μπορούμε να βρούμε και την άλλη.

Πετρογενετικά δίκτυα Σε κάθε συστατική ομάδα μεταμορφωμένων πετρωμάτων έχουν γίνει πειραματικές μελέτες για τη διερεύνηση των συνθηκών μεταμόρφωσης και των μεταμορφικών αντιδράσεων που συμβαίνουν κατά την προϊούσα μεταμόρφωση. Έτσι για κάθε ομάδα μπορεί να κατασκευαστεί ένα ή περισσότερα διαγράμματα όπου να απεικονίζονται οι γραμμές που αντιπροσωπεύουν τις μεταμορφικές αντιδράσεις και που διαχωρίζουν τα παραγενετικά πεδία. Αυτά τα διαγράμματα ονομάζονται πετρογενετικά δίκτυα.

Πετρογενετικά δίκτυα Τα πετρογενετικά δίκτυα είναι σημαντικά για την αξιολόγηση των παραγενέσεων των μεταμορφωμένων πετρωμάτων και τον προσδιορισμό των συνθηκών μεταμόρφωσής τους. Η χρήση των πετρογενετικών δικτύων θα πρέπει να γίνεται με κάποιες επιφυλάξεις για τους παρακάτω λόγους: Αβεβαιότητες για την ακρίβεια των πειραμάτων Συστασιακή πολυπλοκότητα των πραγματικών πετρωμάτων σε σχέση με τα απλοποιημένα μοντέλα που χρησιμοποιούνται στο εργαστήριο Παράλληλη δράση κι άλλων μεταμορφικών παραγόντων Ύπαρξη θερμοδυναμικής ισορροπίας μεταξύ των ορυκτών της παραγένεσης

Γεωθερμομετρία - Γεωβαρομετρία Εκτός από τα πετρογενετικά δίκτυα υπάρχουν κι άλλοι μέθοδοι για να βρει κανείς τις ακριβείς τιμές των μεταμορφικών παραμέτρων. Ανάλογα με την παράμετρο που προσδιορίζεται έχουμε: Γεωθερμομετρία (προσδιορισμός θερμοκρασίας) Γεωβαρομετρία (προσδιορισμός πίεσης) Γεωθερμοβαρομετρία (προσδιορισμός θερμοκρασίας και πίεσης)

Γεωθερμομετρία - Γεωβαρομετρία Τέτοιες μέθοδοι είναι: Γεωθερμομετρία που βασίζεται στην κατάληψη μιας θέσης στη δομή ενός ορυκτού από δύο διαφορετικά ιόντα ή στη δομή δύο διαφορετικών ορυκτών που βρίσκονται σε ισορροπία Γεωθερμομετρία που βασίζεται στη σύσταση δύο ορυκτών ισόμορφης παράμιξης που βρίσκονται σε ισορροπία Γεωθερμομετρία που βασίζεται σε αντιδράσεις όπου συμμετέχουν και συστατικά της ρευστής φάσης Γεωβαρομετρία και γεωθερμοβαρομετρία που βασίζεται σε συστάσεις ορυκτών που είναι μέλη ισόμορφης παράμιξης και βρίσκονται σε ισορροπία τόσο μεταξύ τους όσο και με άλλα ορυκτά