Physical Geology, First University of Saskatchewan Edition

Výsledek metamorfismu závisí na tlaku, teplotě a množství kapaliny a existuje mnoho prostředí s jedinečnou kombinací těchto faktorů. Některé typy metamorfismu jsou charakteristické pro specifická desková tektonická prostředí, jiné však nikoliv.

Pohřební metamorfismus nastává, když jsou sedimenty pohřbeny dostatečně hluboko, aby teplo a tlak způsobily, že minerály začnou rekrystalizovat a nové minerály vyrůstat, ale nezanechají horninu se zřaseným vzhledem. Pokud jde o metamorfní procesy, probíhá buriální metamorfismus při relativně nízkých teplotách (do ~300 °C) a tlacích (hloubka 100 m). Nepozorným okem nemusí být metamorfní změny vůbec patrné. Porovnejte horninu komerčně známou jako Black Marinace Gold Granite (obrázek 10.24) – která je však ve skutečnosti metakonglomerátem – s metakonglomerátem na obrázku 10.10. Metakonglomerát vzniklý pohřebním metamorfismem nevykazuje žádnou foliaci, která se vyvinula v metakonglomerátu na obrázku 10.10.

Regionální metamorfismus

Regionální metamorfismus se týká metamorfismu velkého rozsahu, například toho, co se děje s kontinentální kůrou podél konvergentních tektonických okrajů (kde se srážejí desky). Výsledkem srážek je vznik dlouhých pohoří, jako jsou ta podél západního pobřeží Severní Ameriky. Síla srážky způsobuje, že se horniny skládají, lámou a vrství na sebe, takže dochází nejen ke stlačování vlivem srážky, ale i vlivem hmotnosti naskládaných hornin. Čím hlouběji jsou horniny v hromadě, tím vyšší jsou tlaky a teploty a tím vyšší je stupeň metamorfismu, ke kterému dochází. Horniny, které vznikají v důsledku regionálního metamorfismu, budou pravděpodobně zvrásněné kvůli silnému směrovému tlaku sbíhajících se desek.

Příkladem místa, kde dochází k regionálnímu metamorfismu kvůli srážce dvou kontinentů, je pohoří Himálaj (obrázek 10.25). Sedimentární horniny byly jednak vytlačeny do velkých výšek – téměř 9 km nad mořem – a také pohřbeny do velkých hloubek. Vezmeme-li v úvahu, že běžný geotermální gradient (rychlost nárůstu teploty s hloubkou) je v zemské kůře přibližně 30 °C na kilometr, mohly by se horniny pohřbené do hloubky 9 km pod hladinou moře v této situaci nacházet téměř 18 km pod povrchem země a lze očekávat teploty až 500 °C. Všimněte si posloupnosti hornin, která od začíná břidlicemi výše, kde jsou tlaky a teploty nižší, a končí migmatitem na dně, kde jsou teploty tak vysoké, že se některé minerály začínají tavit. Všechny tyto horniny jsou zvrásněné v důsledku silné stlačující síly sbíhajících se desek.

Podzemní (hydrotermální) metamorfismus

Na oceánském rozpínajícím se hřbetu se nedávno vytvořená oceánská kůra z gabra a čediče pomalu vzdaluje od hranice desek (obrázek 10.26). Voda v kůře je nucena stoupat v oblasti poblíž zdroje vulkanického tepla a nasávat další vodu ze vzdálenějších oblastí. Tím se nakonec vytvoří konvektivní systém, v němž je studená mořská voda nasávána do kůry, při průchodu kůrou se ohřívá na 200 °C až 300 °C a poté se opět uvolňuje na mořské dno v blízkosti hřbetu.

Průchod této vody oceánskou kůrou při těchto teplotách podporuje metamorfní reakce, které mění původní minerály olivínu a pyroxenu v hornině na chlorit ((Mg5Al)(AlSi3)O10(OH)8) a serpentin ((Mg, Fe)3Si2O5(OH)4). Chlorit i serpentin jsou hydratované minerály, které ve své krystalové struktuře obsahují vodu ve formě OH. Při pozdější subdukci metamorfované oceánské kůry se chlorit a serpentin přeměňují na nové nehydratované minerály (např, granát a pyroxen) a uvolněná voda migruje do nadložního pláště, kde přispívá k tavení.

Nízkostupňový metamorfismus probíhající při těchto relativně nízkých tlacích a teplotách může změnit mafické vyvřelé horniny v oceánské kůře na zelený kámen (obr. 10).27), nezpevněnou metamorfovanou horninu.

Metamorfismus subdukčních zón

V subdukčních zónách, kde je oceánská litosféra zatlačována do horkého pláště, existuje jedinečná kombinace relativně nízkých teplot a velmi vysokých tlaků. Vysoké tlaky se dají očekávat vzhledem k síle kolize mezi tektonickými deskami a rostoucímu litostatickému tlaku, jak je subdukující deska zatlačována stále hlouběji do pláště. Nižší teploty existují proto, že i když je plášť velmi horký, oceánská litosféra je relativně chladná a špatně vede teplo. To znamená, že se dlouho zahřívá, může být o několik stovek stupňů chladnější než okolní plášť. Na obrázku 10.28 si všimněte, že izotermy (čáry o stejné teplotě, přerušované čáry) se zanořují hluboko do pláště spolu se subdukční deskou, což ukazuje, že hlouběji v plášti existují oblasti s relativně nízkou teplotou.

V těchto podmínkách velmi vysokého tlaku, ale relativně nízké teploty probíhá zvláštní typ metamorfismu, při kterém vzniká amfibolový minerál známý jako glaukofan (Na2(Mg3Al2)Si8O22(OH)2). Glaukofan je modrý a je hlavní složkou horniny známé jako blueschist. Pokud jste nikdy neviděli nebo dokonce neslyšeli o blueschistu, není to nic překvapivého. Překvapivé je, že ho vůbec někdo viděl! Většina blueschistu, který vzniká v subdukčních zónách, je nadále subdukována. V hloubce asi 35 km se mění na eklogit a nakonec se propadá hluboko do pláště, aby ho už nikdy nikdo neviděl. Pouze na několika místech na světě byl proces subdukce přerušen a částečně subdukovaný blueschist se vrátil na povrch. Jedním z takových míst je oblast kolem San Franciska. Blueschist v této lokalitě je součástí souboru hornin známého jako františkolázeňský komplex (obr. 10.29).

Kontaktní metamorfismus

Kontaktní metamorfismus nastává, když těleso magmatu pronikne do svrchní části kůry. Při kontaktním metamorfismu je důležité teplo, ale tlak není klíčovým faktorem, takže při kontaktním metamorfismu vznikají nezpevněné metamorfované horniny, jako jsou rohovce, mramory a kvarcity.

Kontaktní metamorfismus může způsobit jakýkoli typ magmatického tělesa, od tenké hráze až po velkou zásobnici. Typ a intenzita metamorfismu a šířka metamorfní aureoly, která vzniká kolem magmatického tělesa, závisí na řadě faktorů, včetně typu zemské horniny, teploty vnikajícího tělesa, velikosti tělesa a těkavých sloučenin v tělese (obr. 10.30). Velká intruze bude obsahovat více tepelné energie a bude chladnout mnohem pomaleji než malá, a proto poskytne delší čas a více tepla pro metamorfismus. Díky tomu se teplo rozšíří dále do vnitrozemské horniny a vytvoří větší aureolu. Z vnikající taveniny mohou exsolvovat těkavé látky, které se dostanou do zemské horniny, což usnadní ohřev a přenese chemické složky z taveniny do horniny. Aureoly, které se tvoří kolem „mokrých“ intruzí, tak bývají větší než ty, které se tvoří kolem jejich suchých protějšků.

Kontaktní metamorfní aureoly jsou obvykle poměrně malé, od několika centimetrů kolem malých hrází a prahů až po 100 m kolem velkých zásob. Kontaktní metamorfismus může probíhat v širokém rozmezí teplot – od přibližně 300 °C do více než 800 °C. V závislosti na přesné teplotě a povaze zemské horniny vznikají různé minerály.

Ačkoli tělesa magmatu mohou vznikat v různých prostředích, jedním z míst, kde magma vzniká v hojném množství a kde může docházet ke kontaktnímu metamorfismu, je podél konvergentních hranic se subdukčními zónami, kde vznikají vulkanické oblouky (obrázek 10.31). V tomto prostředí také dochází k regionálnímu metamorfismu a kvůli dodatečnému teplu spojenému s magmatickou činností je v těchto prostředích geotermální gradient obvykle strmější (mezi ~40 a 50 °C/km). Za těchto podmínek může blíže k povrchu probíhat metamorfismus vyšších stupňů, než je tomu v jiných oblastech.

Rázový metamorfismus

Při dopadu mimozemských objektů na Zemi vzniká rázová vlna. V místě dopadu tělesa dojde během zlomku sekundy k velmi vysokým tlakům a teplotám. Při „mírném“ dopadu může vzniknout tlak 40 GPa a teplota se zvýší až na 500 °C. Tlaky ve spodním plášti začínají na 24 GPa (GigaPascalů) a na hranici jádra a pláště stoupají až na 136 GPa, takže náraz je jako ponoření horniny hluboko do pláště a její opětovné uvolnění během několika sekund. Náhlá změna spojená s šokovým metamorfismem jej velmi odlišuje od jiných typů metamorfismu, které se mohou vyvíjet stovky milionů let, začínat a končit podle toho, jak se mění tektonické podmínky.

Dvěma znaky šokového metamorfismu jsou šokový křemen a tříštivé kužely. Šokovaný křemen (obrázek 10.32 vlevo) označuje krystaly křemene, které vykazují poškození v podobě rovnoběžných linií v celém krystalu. Krystal křemene na obrázku 10.32 má dvě sady těchto linií. Čáry jsou malá množství sklovitého materiálu uvnitř křemene, který vznikl téměř okamžitým roztavením a zpevněním, když byl krystal zasažen rázovou vlnou. Tříštivé kužely jsou kuželovité zlomy uvnitř hornin, rovněž výsledek rázové vlny (obrázek 10.32 vpravo). Zlomy jsou do sebe vnořeny jako hromádka zmrzlinových kornoutů.

Dynamický metamorfismus

Dynamický metamorfismus je výsledkem velmi vysokého smykového napětí, k jakému dochází například podél zlomových zón. Dynamický metamorfismus probíhá při relativně nízkých teplotách ve srovnání s ostatními typy metamorfismu a spočívá převážně ve fyzikálních změnách, ke kterým dochází v hornině vystavené smykovému napětí. Postihuje úzkou oblast v blízkosti zlomu, přičemž horniny v okolí se mohou jevit jako nezasažené.

Při nižších tlacích a teplotách bude mít dynamický metamorfismus za následek rozlámání a rozmělnění horniny, čímž vzniknou kataklastické horniny, například zlomové brekcie (obrázek 10.33). Při vyšších tlacích a teplotách se zrna a krystaly v hornině mohou deformovat, aniž by se rozpadly na kusy (obrázek 10.34 vlevo). Výsledkem dlouhodobého dynamického metamorfismu za těchto podmínek je hornina zvaná mylonit, v níž byly krystaly roztaženy do tenkých pásků (obrázek 10.34, vpravo).