Όπως προαναφέρθηκε, η ελάχιστη θερμοκρασία στην οποία αρχίζουν οι μεταμορφικές διεργασίες στα ιζήματα είναι 150 ο C – 200 ο C και η ελάχιστη πίεση 0,5.

Παρουσίαση με θέμα: "Όπως προαναφέρθηκε, η ελάχιστη θερμοκρασία στην οποία αρχίζουν οι μεταμορφικές διεργασίες στα ιζήματα είναι 150 ο C – 200 ο C και η ελάχιστη πίεση 0,5."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Όπως προαναφέρθηκε, η ελάχιστη θερμοκρασία στην οποία αρχίζουν οι μεταμορφικές διεργασίες στα ιζήματα είναι 150 ο C – 200 ο C και η ελάχιστη πίεση 0,5 - 1,5kbars (2 - 5km βάθος), ανάλογα με τη γεωθερμική βαθμίδα. Σ΄ αυτό το στάδιο έχει ολοκληρωθεί η διαγένεση, το πέτρωμα έχει συμπαγοποιηθεί και οι πόροι έχουν ελαχιστοποιηθεί, είτε λόγω της πίεσης είτε λόγω της ανάπτυξης δευτερογενών ορυκτών ή συγκολλητικού υλικού από τα διαλύματα που υπήρχαν στους πόρους. Η μεγαλύτερη ποσότητα του νερού συγκεντρώνεται στα ένυδρα ορυκτά, κυρίως στ’ αργιλικά, τα οποία αποτελούν το μεγαλύτερο τμήμα του αργιλικού κλάσματος και περιέχουν από 5-10% κ.β. Η 2 Ο. Μια μικρή ποσότητα αλατούχου ρευστού μπορεί να παραμείνει στους εναπομείναντες πόρους. Όπως προαναφέρθηκε, η ελάχιστη θερμοκρασία στην οποία αρχίζουν οι μεταμορφικές διεργασίες στα ιζήματα είναι 150 ο C – 200 ο C και η ελάχιστη πίεση 0,5 - 1,5kbars (2 - 5km βάθος), ανάλογα με τη γεωθερμική βαθμίδα. Σ΄ αυτό το στάδιο έχει ολοκληρωθεί η διαγένεση, το πέτρωμα έχει συμπαγοποιηθεί και οι πόροι έχουν ελαχιστοποιηθεί, είτε λόγω της πίεσης είτε λόγω της ανάπτυξης δευτερογενών ορυκτών ή συγκολλητικού υλικού από τα διαλύματα που υπήρχαν στους πόρους. Η μεγαλύτερη ποσότητα του νερού συγκεντρώνεται στα ένυδρα ορυκτά, κυρίως στ’ αργιλικά, τα οποία αποτελούν το μεγαλύτερο τμήμα του αργιλικού κλάσματος και περιέχουν από 5-10% κ.β. Η 2 Ο. Μια μικρή ποσότητα αλατούχου ρευστού μπορεί να παραμείνει στους εναπομείναντες πόρους. ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Έναρξη της Μεταμόρφωσης

2 Η έναρξη της μεταμόρφωσης, που σηματοδοτείται από τη δημιουργία νέων ή την ανακρυστάλλωση προϋπαρχόντων ορυκτών, εξαρτάται από το είδος του πετρώματος. Οι χαλαζίτες αργούν να επηρεαστούν από τις συνθήκες μεταμόρφωσης επειδή είναι σχετικά αδρανή χημικά υλικά σε αντίθεση με τους τόφφους, το ηφαιστειακό γυαλί, τα υψηλής θερμοκρασίας ορυκτά και τους ζεόλιθους. Πολύ χαμηλού βαθμού μεταμόρφωση ηφαιστειακού γυαλιού οδηγεί στο σχηματισμό ζεολίθων και στη συνέχεια στο σχηματισμό αστρίων από την αφυδάτωση των ζεολίθων. Σε αυτές, τις πολύ χαμηλές συνθήκες μεταμόρφωσης, δεν μεταβάλλεται σημαντικά ο όγκος του πετρώματος ούτε επιδρούν παραμορφωτικές τάσεις. Έτσι η νεοορυκτογένεση προχωράει χωρίς να καταστρέφονται οι ιστοί και οι υφές των αρχικών ιζηματογενών ή ηφαιστειακών πετρωμάτων. Η έναρξη της μεταμόρφωσης, που σηματοδοτείται από τη δημιουργία νέων ή την ανακρυστάλλωση προϋπαρχόντων ορυκτών, εξαρτάται από το είδος του πετρώματος. Οι χαλαζίτες αργούν να επηρεαστούν από τις συνθήκες μεταμόρφωσης επειδή είναι σχετικά αδρανή χημικά υλικά σε αντίθεση με τους τόφφους, το ηφαιστειακό γυαλί, τα υψηλής θερμοκρασίας ορυκτά και τους ζεόλιθους. Πολύ χαμηλού βαθμού μεταμόρφωση ηφαιστειακού γυαλιού οδηγεί στο σχηματισμό ζεολίθων και στη συνέχεια στο σχηματισμό αστρίων από την αφυδάτωση των ζεολίθων. Σε αυτές, τις πολύ χαμηλές συνθήκες μεταμόρφωσης, δεν μεταβάλλεται σημαντικά ο όγκος του πετρώματος ούτε επιδρούν παραμορφωτικές τάσεις. Έτσι η νεοορυκτογένεση προχωράει χωρίς να καταστρέφονται οι ιστοί και οι υφές των αρχικών ιζηματογενών ή ηφαιστειακών πετρωμάτων. ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Έναρξη της Μεταμόρφωσης

3 Κατά τη μεταμόρφωση, η αύξηση της θερμοκρασίας προκαλεί αύξηση του μεγέθους των κόκκων και είναι πιο σημαντική σε συνθήκες μέσης πίεσης, απουσία παραμορφωτικών τάσεων (που προκαλούν μείωση του μεγέθους των κόκκων) και παρουσία ρευστών. Για την κατανόηση της διαδικασίας και των μηχανισμών που προκαλούν ανακρυστάλλωση, εφαρμόστηκαν οι αρχές της κεραμικής και της μεταλλουργίας. Οι πετρολογικές διαδικασίες που συμβαίνουν σ’ ένα πέτρωμα έχουν ως σκοπό να μειώσουν την ενέργεια του συστήματος και να οδηγήσουν το πέτρωμα σε δομική ισορροπία. Το φαινόμενο αύξησης του μεγέθους των κόκκων μπορεί να χαρακτηριστεί ως ανόπτηση (annealing), μια διαδικασία που παρατηρείται στα κεραμικά και στα μέταλλα που υπόκεινται σε υψηλές θερμοκρασίες για μεγάλα χρονικά διαστήματα. Κατά τη μεταμόρφωση, η αύξηση της θερμοκρασίας προκαλεί αύξηση του μεγέθους των κόκκων και είναι πιο σημαντική σε συνθήκες μέσης πίεσης, απουσία παραμορφωτικών τάσεων (που προκαλούν μείωση του μεγέθους των κόκκων) και παρουσία ρευστών. Για την κατανόηση της διαδικασίας και των μηχανισμών που προκαλούν ανακρυστάλλωση, εφαρμόστηκαν οι αρχές της κεραμικής και της μεταλλουργίας. Οι πετρολογικές διαδικασίες που συμβαίνουν σ’ ένα πέτρωμα έχουν ως σκοπό να μειώσουν την ενέργεια του συστήματος και να οδηγήσουν το πέτρωμα σε δομική ισορροπία. Το φαινόμενο αύξησης του μεγέθους των κόκκων μπορεί να χαρακτηριστεί ως ανόπτηση (annealing), μια διαδικασία που παρατηρείται στα κεραμικά και στα μέταλλα που υπόκεινται σε υψηλές θερμοκρασίες για μεγάλα χρονικά διαστήματα. ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Αύξηση του μεγέθους των κόκκων

4 Η ανόπτηση περιλαμβάνει την αύξηση του μεγέθους των κόκκων και την τάση δημιουργίας πολυγωνικού γρανοβλαστικού ιστού σε μονόμεικτα πετρώματα όπως οι χαλαζίτες, τα μάρμαρα ή οι μεταμορφωμένοι δουνίτες. Ο πολυγωνικός γρανοβλαστικός ιστός χαρακτηρίζεται από την παρουσία πενταγωνικών ή εξαγωνικών κόκκων και τριπλά σημεία, όπου τρία ορυκτά ενώνονται και τα όριά τους σχηματίζουν γωνία 120 ο. Τα όρια των ορυκτών δεν συμπίπτουν με κρυσταλλογραφικές έδρες. Η ανόπτηση περιλαμβάνει την αύξηση του μεγέθους των κόκκων και την τάση δημιουργίας πολυγωνικού γρανοβλαστικού ιστού σε μονόμεικτα πετρώματα όπως οι χαλαζίτες, τα μάρμαρα ή οι μεταμορφωμένοι δουνίτες. Ο πολυγωνικός γρανοβλαστικός ιστός χαρακτηρίζεται από την παρουσία πενταγωνικών ή εξαγωνικών κόκκων και τριπλά σημεία, όπου τρία ορυκτά ενώνονται και τα όριά τους σχηματίζουν γωνία 120 ο. Τα όρια των ορυκτών δεν συμπίπτουν με κρυσταλλογραφικές έδρες. ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Αύξηση του μεγέθους των κόκκων 120 ο

5 Το φαινόμενο του πολυγωνικού ιστού συμφωνεί με το φαινόμενο της σαπουνόφουσκας, όπως αναφέρεται από τους φυσικούς, κι αποτελεί παράδειγμα μείωσης της ενέργειας ενός συστήματος. Σε πετρώματα όπως οι αμφιβολίτες ή τα πλούσια σε μαρμαρυγίες πετρώματα, η ανόπτηση οδηγεί σε διαβλαστικό ιστό. Το φαινόμενο του πολυγωνικού ιστού συμφωνεί με το φαινόμενο της σαπουνόφουσκας, όπως αναφέρεται από τους φυσικούς, κι αποτελεί παράδειγμα μείωσης της ενέργειας ενός συστήματος. Σε πετρώματα όπως οι αμφιβολίτες ή τα πλούσια σε μαρμαρυγίες πετρώματα, η ανόπτηση οδηγεί σε διαβλαστικό ιστό. ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Αύξηση του μεγέθους των κόκκων

6 Η δύναμη που οδηγεί στην ανόπτηση είναι η τάση του πετρώματος να μειώσει την εσωτερική του ενέργεια. Η εσωτερική ενέργεια του πετρώματος σχετίζεται με το είδος και την αναλογία των ορυκτών, τη θερμοκρασία και την πίεση που ασκείται σ’ αυτό. Ένα ποσό όμως εσωτερικής ενέργειας προέρχεται από την επιφανειακή ενέργεια των ορυκτών η οποία είναι συνάρτηση της ελεύθερης επιφάνειάς τους. Ένας μεγάλος κρύσταλλος ορυκτού έχει μικρότερη ελεύθερη επιφάνεια από πολλούς μικρούς κρυστάλλους του ίδιου ορυκτού της ίδιας μάζας. Ένα πέτρωμα επομένως μπορεί να μειώσει την εσωτερική του ενέργεια χωρίς να μεταβάλλει θερμοκρασία, πίεση ή χημική σύσταση, απλώς αυξάνοντας το μέγεθος των κόκκων του. Η δύναμη που οδηγεί στην ανόπτηση είναι η τάση του πετρώματος να μειώσει την εσωτερική του ενέργεια. Η εσωτερική ενέργεια του πετρώματος σχετίζεται με το είδος και την αναλογία των ορυκτών, τη θερμοκρασία και την πίεση που ασκείται σ’ αυτό. Ένα ποσό όμως εσωτερικής ενέργειας προέρχεται από την επιφανειακή ενέργεια των ορυκτών η οποία είναι συνάρτηση της ελεύθερης επιφάνειάς τους. Ένας μεγάλος κρύσταλλος ορυκτού έχει μικρότερη ελεύθερη επιφάνεια από πολλούς μικρούς κρυστάλλους του ίδιου ορυκτού της ίδιας μάζας. Ένα πέτρωμα επομένως μπορεί να μειώσει την εσωτερική του ενέργεια χωρίς να μεταβάλλει θερμοκρασία, πίεση ή χημική σύσταση, απλώς αυξάνοντας το μέγεθος των κόκκων του. ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Αύξηση του μεγέθους των κόκκων

7 Η εισαγωγή θερμικής ενέργειας σ’ ένα πέτρωμα προκαλεί διάλυση των μικρότερων κρυστάλλων και το υλικό τους προστίθεται σε άλλους του ίδιου ορυκτού, με κρυσταλλογραφική συνέχεια, δημιουργώντας έτσι μεγαλύτερους σε μέγεθος κρυστάλλους. Αυτή η κρυσταλλογραφικά συνεχής ανάπτυξη ονομάζεται επίταξη και είναι συνηθισμένη σε μεταμορφωμένα πετρώματα που έχουν ανακρυσταλλωθεί. ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Αύξηση του μεγέθους των κόκκων Ν+ Αρχικός κρύσταλλος Αρχικός κρύσταλλος

8 Ένα από τα γεγονότα που συμβαίνουν κατά την ανακρυστάλλωση των ορυκτών, όχι σε όλα τα μεταμορφωμένα πετρώματα, είναι η ανάπτυξη πορφυροβλαστών. Παρόλο που τα μεταμορφωμένα πετρώματα τείνουν να αναπτύξουν ισοκοκκώδεις ιστούς, οι πορφυροβλάστες είναι συνηθισμένοι, ειδικά σε μεταπηλιτικά πετρώματα. ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Ανάπτυξη Πορφυροβλαστών

9 Οι πορφυροβλάστες σπανίζουν στα μονόμεικτα πετρώματα κι αν εμφανίζονται είναι συνήθως κρύσταλλοι επουσιωδών ορυκτών. Στα μάρμαρα τα πυριτικά ορυκτά τείνουν να σχηματίσουν μικρότερους κρυστάλλους από τα ανθρακικά. Κάποια ορυκτά δεν εμφανίζονται ποτέ ως πορφυροβλάστες, όπως ο χαλαζίας, ενώ άλλα, όπως οι γρανάτες και ο σταυρόλιθος, εμφανίζονται σχεδόν αποκλειστικά ως πορφυροβλάστες. Οι πορφυροβλάστες σπανίζουν στα μονόμεικτα πετρώματα κι αν εμφανίζονται είναι συνήθως κρύσταλλοι επουσιωδών ορυκτών. Στα μάρμαρα τα πυριτικά ορυκτά τείνουν να σχηματίσουν μικρότερους κρυστάλλους από τα ανθρακικά. Κάποια ορυκτά δεν εμφανίζονται ποτέ ως πορφυροβλάστες, όπως ο χαλαζίας, ενώ άλλα, όπως οι γρανάτες και ο σταυρόλιθος, εμφανίζονται σχεδόν αποκλειστικά ως πορφυροβλάστες. ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Ανάπτυξη Πορφυροβλαστών

10 Πολλές μελέτες έχουν γίνει με σκοπό να βρεθεί ο μηχανισμός σχηματισμού πορφυροβλαστών. Όπως και στη μαγματική κρυστάλλωση, η ανάπτυξη λίγων μεγάλων κρυστάλλων εξαρτάται από το ρυθμό σχηματισμού κρυσταλλικών πυρήνων. Αν αναπτυχθούν πολλοί κρυσταλλικοί πυρήνες, το αποτέλεσμα θα είναι πολλοί μικροί κρύσταλλοι. Επομένως, για το σχηματισμό πορφυροβλαστών απαιτείται χαμηλός ρυθμός σχηματισμού πυρήνων και μεγάλος ρυθμός διάχυσης. Ο πορφυροβλάστης που αναπτύσσεται έχει διαφορετική σύσταση από τα υπόλοιπα ορυκτά του πετρώματος και το υλικό που απαιτείται για το σχηματισμό του μπορεί να έρχεται από σημαντική απόσταση. Πολλές μελέτες έχουν γίνει με σκοπό να βρεθεί ο μηχανισμός σχηματισμού πορφυροβλαστών. Όπως και στη μαγματική κρυστάλλωση, η ανάπτυξη λίγων μεγάλων κρυστάλλων εξαρτάται από το ρυθμό σχηματισμού κρυσταλλικών πυρήνων. Αν αναπτυχθούν πολλοί κρυσταλλικοί πυρήνες, το αποτέλεσμα θα είναι πολλοί μικροί κρύσταλλοι. Επομένως, για το σχηματισμό πορφυροβλαστών απαιτείται χαμηλός ρυθμός σχηματισμού πυρήνων και μεγάλος ρυθμός διάχυσης. Ο πορφυροβλάστης που αναπτύσσεται έχει διαφορετική σύσταση από τα υπόλοιπα ορυκτά του πετρώματος και το υλικό που απαιτείται για το σχηματισμό του μπορεί να έρχεται από σημαντική απόσταση. ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Ανάπτυξη Πορφυροβλαστών

11 Η απόσταση μεταξύ των πορφυροβλαστών και το μέγεθός τους ελέγχεται από την ισορροπία μεταξύ του ρυθμού σχηματισμού κρυσταλλικών πυρήνων και του ρυθμού ανάπτυξης. Για ποιο λόγο έχουμε σχηματισμό πυρήνων σε συγκεκριμένες θέσεις; Σε κάποιες περιπτώσεις η θέση ανάπτυξης των πορφυροβλαστών καθορίζεται από τη συγκέντρωση συγκεκριμένων χημικών στοιχείων τα οποία είναι σχετικά δυσκίνητα, όπως το αργίλιο που απαιτείται για το σχηματισμό του γρανάτη, του σταυρόλιθου ή των αργιλοπυριτικών ορυκτών. Η απόσταση μεταξύ των πορφυροβλαστών και το μέγεθός τους ελέγχεται από την ισορροπία μεταξύ του ρυθμού σχηματισμού κρυσταλλικών πυρήνων και του ρυθμού ανάπτυξης. Για ποιο λόγο έχουμε σχηματισμό πυρήνων σε συγκεκριμένες θέσεις; Σε κάποιες περιπτώσεις η θέση ανάπτυξης των πορφυροβλαστών καθορίζεται από τη συγκέντρωση συγκεκριμένων χημικών στοιχείων τα οποία είναι σχετικά δυσκίνητα, όπως το αργίλιο που απαιτείται για το σχηματισμό του γρανάτη, του σταυρόλιθου ή των αργιλοπυριτικών ορυκτών. ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Ανάπτυξη Πορφυροβλαστών

12 Σε άλλες περιπτώσεις η δημιουργία πυρήνων ευνοείται σε θέσεις του πετρώματος που έχουν δεχθεί έντονη παραμόρφωση. Αυτές οι θέσεις έχουν υψηλή ενέργεια και άρα δεν είναι σταθερές. Τέλος, πιθανές θέσεις σχηματισμού πυρήνων μπορεί να είναι θέσεις όπου έχουμε χαοτική διατάραξη είτε της σύστασης είτε της ενέργειας του πετρώματος. Σε άλλες περιπτώσεις η δημιουργία πυρήνων ευνοείται σε θέσεις του πετρώματος που έχουν δεχθεί έντονη παραμόρφωση. Αυτές οι θέσεις έχουν υψηλή ενέργεια και άρα δεν είναι σταθερές. Τέλος, πιθανές θέσεις σχηματισμού πυρήνων μπορεί να είναι θέσεις όπου έχουμε χαοτική διατάραξη είτε της σύστασης είτε της ενέργειας του πετρώματος. ΠΕΤΡΟΓΕΝΕΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Ανάπτυξη Πορφυροβλαστών