Что относится к метаморфическим горным породам
Метаморфные породы и автометаморфизм
К метаморфическим относятся породы, образованные в слоях земной коры в процессе метаморфизма (название означает «превращение», это видоизменение магматических и осадочных пород под действием физико-химических явлений). Исходное состояние образует соответствующую форму залегания (магматические породы образуют интрузии, или ортогнейсы; осадочные — пластовые формы, или парагнейсы).
Автометаморфизм — это процесс перевоплощения благородных пород. Совершается под влиянием магматогенных условий. Основные воздействия: давление, температура, химические элементы. Образование минералов начинается при высокой температуре, в то же время ускоряются химические действия дегидратации и декарбонизации. В результате возникают пирогенные метаморфные благородные породы — минералы, лишенные жидкости.
Влияние магматогенных обстоятельств имеет многосторонний и ориентированный характер. Многосторонность возникает вследствие нагрузки более высоких толщ, побочное влияние оказывают расположенные рядом блоки и пласты Земли, залегающие ниже. Увеличение давления ведет к формированию благородных ископаемых метаморфного происхождения — минералы с концентрированной одинаковой текстурой и немаленькой температурой плавления.
В процессе метаморфизма, кроме того, принимают участие жидкость и углекислый газ — действующие элементы. Они присутствуют в порах почти всех минералов. Там же содержатся соляная и фторводородная кислота, топливо, азот.
Электрохимические действующие вещества, пребывая в водянистом или газовом виде, передвигаются из мест с повышенным давлением в места пониженного давления.
Основные типы и условия влияния
Для того чтобы разобраться, как возникают породы, необходимо провести анализ главных типов этого воздействия. Существует несколько типов метаморфических полезных ископаемых. Список разновидностей в зависимости от способа образования:
Спецификация метаморфизма может быть разделена по условиям влияния. Наиболее современным является разделение на:
Химическая структура этих пород достаточно многообразна и первоначально зависит от структуры начальных элементов. Безусловно, химический состав различается от начального, так как элементы подвергаются влиянию метасоматических действий. Метаморфическим породам присуща разнообразная минеральная структура. Минералы, образующие породы: кремний, сельные шпаты, амфиболы, слюды, пироксены.
Кроме того, могут содержаться характерные метаморфные минералы, в том числе дистен, силлиманит, андалузит, гранат, скаполит, дихроит. Элемент, из которого полностью состоят метаморфные ископаемые, — гранит (исландский шпат).
Для слабометаморфизованных свойственно присутствие хлоритов, моток, цоизита, эпидота, актинолита, карбонатов.
Структура и основной состав
Метаморфные ископаемые можно распределить в зависимости от вариантов структуры. Вот несколько способов наполнения текстурного места:
Состав определяет размерные характеристики зерен, формирующих породу. Текстуры появляются при кристаллизации в жестком виде.
Собственной неповторимой структурой, какая несвойственна другим типам минералов, характеризуются абсолютно все метаморфические горные породы. Перечень классифицируется в зависимости от объема и формы зерен минералов.
Породы областного метаморфизма
Вследствие областного метаморфизма появилось множество ископаемых. Основные из них:
Это не вся характеристика метаморфических горных пород областного метаморфизма. Также возможно выделить амфиболиты и гнейсы.
Происхождение монолитов и катаклизитов
Динамометаморфизмы происходят вследствие воздействия тектонических ошибок в области разделения и изменения минералов. Существуют две его разновидности:
Метаморфические ископаемые по всему миру используются благодаря своей декоративной, поделочной и строительной функции, применяются в качестве промышленного сырья. В природе чаще всего обнаруживаются возле месторождений поделочных и драгоценных камней.
Метаморфические горные породы
Метаморфические горные породы — горные породы, образованные в толще земной коры в результате изменения (метаморфизма) осадочных и магматических горных пород вследствие изменения физико-химических условий. Благодаря движениям земной коры, осадочные горные породы и магматические горные породы подвергаются воздействию высокой температуры, большого давления и различных газовых и водных растворов, при этом они начинают изменяться.
Содержание
Типы метаморфизма
Одна из последних классификаций метаморфизма [1] приведена в таблице:
Тип метаморфизма | Факторы метаморфизма |
---|---|
Метаморфизм погружения | Увеличение давления, циркуляция водных растворов |
Метаморфизм нагревания | Рост температуры |
Метаморфизм гидратации | Взаимодействие горных пород с водными растворами |
Дислокационный метаморфизм | Тектонические деформации |
Импактный(ударный) метаморфизм | Падение крупных метеоритов, мощные эндогенные взрывы |
Состав, текстуры и структуры метаморфических горных пород
Формы залегания метаморфических пород
Так как исходным материалом метаморфических горных пород являются осадочные и магматические породы, их формы залегания должны совпадать с формами залегания этих пород. Так на основе осадочных пород сохраняется пластовая форма залегания, а на основе магматических — форма интрузий или покровов. Этим иногда пользуются, чтобы определить их происхождение. Так, если метаморфическая порода происходит от осадочной, ей дают приставку пара- (например, парагнейсы), а если она образовалась за счёт магматической породы, то ставится приставка орто- (например, ортогнейсы).
Состав метаморфических пород
Химический состав метаморфических горных пород разнообразен и зависит в первую очередь от состава исходных. Однако состав может отличаться от состава исходных пород, так как в процессе метаморфизма происходят изменения под влиянием приносимых водными растворами веществ и метасоматических процессов.
Минеральный состав метаморфических пород также разнообразен, они могут состоять из одного минерала, например кварца (кварцит) или кальцита (мрамор), или из многих сложных силикатов. Главные породообразующие минералы представлены кварцем, полевыми шпатами, слюдами, пироксенами и амфиболами. Наряду с ними присутствуют типично метаморфические минералы: гранаты, андалузит, дистен, силлиманит, кордиерит, скаполит и некоторые другие. Характерны, особенно для слабометаморфизованных пород тальк, хлориты, актинолит, эпидот, цоизит, карбонаты.
Физико — химические условия образования метаморфических пород, определённые методами геобаротермометрии весьма высокие. Они колеблются от 100—300 °C до 1000—1500 °C и от первых десятков баров до 20—30 баров
Текстуры метаморфических пород
Текстура пород, как пространственная характеристика свойств породы, отражает способ заполнения пространства.
«Миндалекаменная текстура» не может относиться собственно к текстурам, поскольку не является характеристикой способа заполнения пространства. Она более всего характеризует структурные особенности породы.
«Катакластическая текстура» также не может быть текстурной характеристикой по тем же причинам. Термин «катакластический» отражает только механизм образования зерен, выполняющих породу.
Структуры метаморфических пород
Понятие «структура» не имеет строгого определения и носит интуитивный характер. Согласно практике геологических исследований «структура» больше характеризует размерные (крупно-, средне- или мелкообломочные) параметры слагающих породу зёрен.
Структуры метаморфических пород возникают в процессе перекристаллизации в твёрдом состоянии, или кристаллобластеза. Такие структуры называют кристаллобластовыми. По форме зёрен различают текстуры [1] :
По относительным размерам:
Наиболее распространённые метаморфические породы
Породы регионального метаморфизма
Здесь приведены породы образовавшиеся в результате регионального метаморфизма (от менее к более метаморфизованным).
Метаморфические породы образовавшиеся при динамометаморфизме
Это породы, возникающие под действием динамометаморфизма и тектонических нарушений в зоне дробления. Дроблению и деформации подвергаются не только сама порода, но и минералы.
Фации метаморфизма
При метаморфических преобразованиях происходят разнообразные химические реакции. Считается, что они осуществляются в твёрдом состоянии. В процессе этих реакций происходит образование новых или перекристаллизация старых минералов так, что для конкретного интервала температур и давлений этот набор минералов остаётся относительно постоянным. Определяющий набор минералов получил название «фация метаморфизма». Разделение метаморфических пород на фации началось ещё в XIX веке и связано с работами Г. Барроу (1893), А. А. Иностранцева (1877), Г. Ф. Бекера (1893) и других исследователей, и широко применялоссь в начале XX века (Ван-Хайз, 1904; В. М. Гольдшмидт, 1911; П. Эскола, 1920; Ц. Е. Тилли, 1925; и др.). Существенную роль в разработке физико-химической природы минеральных фаций сыграл Д. С. Коржинский (1899—1985). [2]
Современные представления об основных минеральных фациях метаморфизма приведены в таблице. [1]
Тип метаморфизма | Фации метаморфизма | Давление (МПа) | Температурный интервал (°C) | Примеры пород |
Метаморфизм погружения | Цеолитовая | 800 | > (400—700) | Эклогиты |
Контактовый метаморфизм | Альбит-эпидотовых роговиков | — | 250—500 | Роговики контактовые, скарны |
Амфиболовых роговиков | 450—670 | |||
Пироксеновых роговиков | 630—800 | |||
Санидиновая | > (720—800) | |||
Региональный метаморфизм | Зелёных сланцев | 200—900 | 300—600 | Зелёные сланцы, хлорит-серицитовые сланцы |
Эпидот-амфиболитовая | 500—650 | Амфиболиты, слюдяные сланцы | ||
Амфиболитовая | 550—800 | Амфиболиты, биотитовые парагнейсы | ||
Гранулитовая | > (700—800) | Гранулиты, гиперстеновые парагнейсы | ||
Кианитовые сланцы | > 900 | 500—700 | Кианитовые сланцы | |
Эклогитовая | Эклогиты |
Температуры образования метаморфических горных пород
Температуры образования метаморфических пород всегда интересовали исследователей, поскольку ни позволяли понимать условия, а отсюда и историю механизма образовани этих пород. Ранее до разработки основных методов определения температур образования метаморфических минералов главным методом решения задачи были экспериментальные исследования, основанные на анализе различных диаграмм плавкости. На этих диаграммах устанавливались основные интервалы температур и давлений, в пределах которых выявлялась устойчивость тех или иных минеральных ассоциаций. Далее результаты экспериментов практически механически переносились на природные объекты. Параметры образования конкретных минералов не изучались, что является существенным недостатком подобных исследований.
В последующие годы появились новые методы определения температур образования минералов, к которым относились анализ расплавных включений, изотопные и геохимические геотермометры (см. Геобаротермометрия); эти методы позволили уточнить границы существования тех или иных минеральных ассоциаций в природных условиях и перекинуть мостик между экспериментальными исследованиями и природными явлениями.
В настоящее время все температурные измерения, выполненные с помощью упомянутых выше геотермометров, вызывают сомнение в связи с тем, что в теоретических разработках и методах их использования выявлены существенные методические ошибки. [3] [4]
Дальнейшие исследования привели к созданию новых типов изотопных геотермометров, позволивших определять температуру образования конкретных минералов. Некоторые результаты этих исследований приведены в таблице. [3]
Породы | Регионы | Минералы | |||||||
Qw | Bio | Il | Mt | Kf | Mus | Alb | Grn | ||
Сланцы | Австрия | 700* | — | — | — | — | — | — | 330 |
Сланцы | Гренландия | 700* | — | — | 610 | — | — | — | — |
Сланцы | Гренландия | 700* | — | — | 594 | — | — | — | — |
Метапелит | Альпы | 670 | — | 604 | — | — | — | — | — |
Метапелит | Альпы | — | 740 | — | — | — | — | — | — |
Ортогнейс | Альпы | 650 | — | 620 | — | 550 | — | — | — |
Гнейс | Альпы | 700* | — | — | — | — | — | — | 320 |
Минералы: Qw — кварц; Bio — биотит; Il — ильменит; Mt — магнетит; Kf — калиевый полевой шпат; Mus — мусковит; Alb — альбит; Grn — гранат. (*) — минерал взят в качестве эталона с указанной температурой. |
Последовательность выделения минералов метаморфитов описывается рядом
(ПЛ40 — плагиоклаз № 40).
Приведённый ряд обладает следующими особенностями:
Механизм образования минералов в метаморфических породах
Примером другой подобной реакции является реакция (Федькин В. В., 1975)
8Stav + 12Qw = 4Grn + Chl + 30Kya.
В этой реакции Grn и Chl образовуются при разных температурах. Эти результаты не учитывают новые данные по геохимии минералов, отражённые в таблице.
Гранаты
Изотопных данных — ограниченное количество.
Все изученные гранаты (Grn) находятся в ассоциации преимущественно с биотитом (Bio), кордиеритом (Cor) и плагиоклазом (Pl).
По изотопным данным Bio образованы при Т ≈ 700 °C, плагиоклазы ≈ 500 °C. Температура выделения граната не достаточно ясна. По изотопным данным он выделяется при 300—450 °C; результаты анализа ГЖВ дают те же пределы. По официальной точке зрения — ≈ 700 °C, но она опирается во многом на геохимические термометры, в использовании которых имеются существенные ошибки. Bio и Grn выделяются в равновесии с водой. О Cor информации нет. По экспериментам (Л. Л. Перчука и др., 1983) при Т = 550—1000 °C при совместной кристаллизации ионный обмен между Grn и Cor отсутствует.
Основной версией является равновесие Grn с Cor, часто присутствующим в гнейсах в ассоциации с Grn. Тогда вероятное уравнение образования гранатов имеет вид
Здесь скобки отражают: […] — изотопное; — геохимическое равновесия.
(Chl — хлорит). Но, объясняя изотопное равновесие граната с водой, эта реакция не отражает геохимическое равновесие минерала с другими компонентами гнейсов. Описывая происхождение гранатов, Н. А. Елисеев пишет ещё об одной реакций
Chl + Qw → Cor + Ant + H2O
(Ant — антофиллит). Эти реакции протекают при разных Р-Т условиях. Но объединение их в средних областях Р-Т- условий приводит к искомой реакции образования минералов:
которая соответствует полученной выше схеме по изотопно-геохимическим данным.
Магнетиты
Изотопные данные. Изучен изотопный состав кислорода в акцессорных Mt и Il кислых метаморфитов (см. таблицу). Равновесие минералов с Н2О, СО2 и СО не подтверждается, зато выявлено равновесие с рутилом, соответствуя образованию системы Mt(Il)-Ru при разложении ферропсевдобрукита или ильменита (П. Я. Ярош, 1955; П. Р. Бусек, К. Келль,1966; и т. д.) по реакции
Однако, в магнетитовых месторождениях Кривого Рога (Украина) этот механизм не выявлен, возможно, из-за ошибок в определении изотопного состава кислорода минерала.
Возможно образование Mt за счёт разложения ильменита по реакции
Тогда Mt находится в изотопном равновесии с рутилом (Ru). В этом случае Mt образуется при Тизот ≈ 450 °C. Такие Тизот(Mt) вполне возможны. Так на рудопроявлении р. Кюэричи жилообразные магнетит-гемоильменитовые руды образованы при Т = 430—570 °C (А. Н. Соляник и др., 1984). В метаморфических породах Il и Mt формируются в равновесии с Ru при Тизот = 400—500°С. Если же рассматривать Il как продукт разложения ульвошпинели, то в ассоциации с Mt их Тизот = 458 °C. Магнетит не может быть образован за счёт разложения Il, поскольку в противном случае температуры образования (Тизот = 1100 −2000 °C) геологически не реальны.
В месторождения железорудной формации Biwabik (Сев. Миннесота) скарнового типа: по Синякову В. И. (1978), Дымкину А. М. и др. (1975) по результатам декрепитации Тобр(Mt) в скарнах колеблется в пределах 420—530 °C. Изучена пара магнетит-кварц. Полученные данные дают температуру образования Mt в 500—550 °C при условии равновесия его с СО2. Наиболее вероятным механизмом его образования является распад сидерита по схеме (Perry E.C., Bonnichsen B, 1966)
В. Н. Загнитко и др. (1989), И. П. Луговая (1973), ссылаясь на эксперименты, приводят реакции, соответствующие изотопным соотношениям:
3FeCO3 → [Fe3O4 + 2CO2] + CO (безводные среды с удалением газа); 6FeCO3→ [2Fe3O4 + 5CO2] + C (медленное удаление газа, наименее вероятная реакция).
Изучены преимущественно магнетиты Украинского щита. При интерпретации учитывались термодинамические данные по пироксенам, оливинам, гранатам, карбонатам и другим соединениям, отмеченным при описании граната. Использованы определяющие отношения (Fe/Mg), (Fe/Mn), (Fe/Ca). Установлено, что исходное уравнение должно иметь вид
В литературе прямого упоминания о подобных реакциях нет. В работе Н. А. Елисеева (стр. 64) [5] при описании контактовых роговиков упоминается реакция
Если вместо доломита взять анкерит Ca2Mg,Fe(CO3)4, брейнерит (Mg,Fe)CO3 или сидероплезит (Fe,Mg)CO3, то при метаморфизме карбонатов можем получить реакцию, например,
О возможности протекания подобных реакций свидетельствует и состав природных карбонатов (И. П. Луговая, 1973): сидерит — FeCO3— 98,4 %; MnCO3-3,4 %; MgCO3— 0,7 %; пистолизит- FeCO3 — 69,6 %; MgCO3 — 27,3 %; MnCO3 — 2,8 %; сидероплезит — FeCO3— 83,%; MgCO3 — 11,5 %; MnCO3— 4,4 %. Недостатком реакции является неясность изотопной природы кальцита и пироксена.
Метаморфические породы
Метаморфические горные породы — горные породы, образованные в толще земной коры в результате изменения (метаморфизма) осадочных или магматических горных пород вследствие изменения физико- химических условий. Благодаря движениям земной коры осадочные горные породы и магматические горные породы подвергаются воздействию высокой температуры, большого давления и различных газовых и водных растворов, при этом они начинают изменяться.
Содержание
Типы метаморфизма
Одна из последних классификаций метаморфизма [1] приведена в таблице:
Тип метаморфизма | Факторы метаморфизма |
---|---|
М. погружения | Увеличение давления, циркуляция водных растворов |
М. нагревания | Рост температуры |
М. гидратации | Взаимодействие горных пород с водными растворами |
Дислокационный М. | Тектонические деформации |
Ударный М. | Падение крупных метеоритов, мощные эндогенные взрывы (?) |
Состав, текстуры и структуры метаморфических горных пород
Формы залегания метаморфических пород
Так как исходным материалом метаморфических горных пород являются осадочные и магматические породы, их формы залегания должны совпадать с формами залегания этих пород. Так на основе осадочных пород сохраняется пластовая форма залегания, а на основе магматических — форма интрузий или покровов. Этим иногда пользуются, чтобы определить их происхождение. Так, если метаморфическая порода происходит от осадочной, ей дают приставку пара- (например, парагнейсы), а если она образовалась за счёт магматической породы, то ставится приставка орто- (например, ортогнейсы).
Состав метаморфических пород
Химический состав метаморфических горных пород разнообразен и зависит в первую очередь от состава исходных. Однако состав может отличаться от состава исходных пород, так как в процессе метаморфизма происходят изменения под влиянием привносимых водными растворами веществ и метасоматических процессов.
Минеральный состав метаморфических пород также разнообразен, они могут состоять из одного минерала, например кварца (кварцит) или кальцита (мрамор), или из многих сложных силикатов. Главные породообразующие минералы представлены кварцем, полевыми шпатами, слюдами, пироксенами и амфиболами. Наряду с ними присутствуют типично метаморфические минералы: гранаты, андалузит, дистен, силлиманит, кордиерит, скаполит и некоторые другие. Характерны, особенно для слабометаморфизованных пород тальк, хлориты, актинолит, эпидот, цоизит, карбонаты.
Физико — химические условия образования метаморфических пород, определённые методами геоборотермометрии весьма высокие. Они колеблются от 100—300°С до 1000—1500°С и от первых десятков баров до 20 — 30 кбаров
Текстуры метаморфических пород
Текстура пород, как пространственная характеристика свойств породы, отражает способ заполнения пространства.
«Миндалекаменная текстура» не может относиться собственно к текстурам, поскольку не является характеристикой способа заполнения пространства. Она более всего характеризует структурные особенности породы.
«Катакластическая текстура» также не может быть текстурной характеристикой по тем же причинам. Термин «катакластический» отражает только механизм образования зерен, выполняющих породу.
Структуры метаморфических пород
Понятие «структура» не имеет строгого определения и носит интуитивный характер. Согласно практике геологических исследований «структура» больше характеризует размерные (крупно-, средне- или мелкообломочные) параметры слагающих породу зёрен.
Структуры метаморфических пород возникают в процессе перекристаллизации в твёрдом состоянии, или кристаллобластеза. Такие структуры называют кристаллобластовыми. По форме зёрен различают текстуры [1] :
По относительным размерам:
Наиболее распространённые метаморфические породы
Породы регионального метаморфизма
Здесь приведены породы образовавшиеся в результате регионального метаморфизма (от менее к более метаморфизованным).
Метаморфические породы образовавшиеся при динамометаморфизме
Это породы, возникающие под действием динамометаморфизма и тектонических нарушений в зоне дробления. Дроблению и деформации подвергаются не только сама порода, но и минералы.
Фации метаморфизма
При метаморфических преобразованиях происходят разнообразные химические реакции. Считается, что они осуществляются в твёрдом состоянии. В процессе этих реакций происходит образование новых или перекристаллизация старых минералов так, что для конкретного интервала температур и давлений этот набор минералов остаётся относительно постоянным. Определяющий набор минералов получил название «фация метаморфизма». Разделение метаморфических пород на фации началось ещё в XIX веке и связано с работами Г. Барроу (1893 г.), А. А. Иностранцева (1877 г.), Г. Ф. Бекера (1893 г.) и других исследователей, и широко применялоссь в начале XX века (Ван-Хайз, 1904; В. М. Гольдшмидт, 1911; П. Эскола, 1920; Ц. Е. Тилли, 1925; и др.). Существенную роль в разработке физико-химической природы минеральных фаций сыграл Д. С. Коржинский (1899—1985) [2]
Тип метаморфизма | Фации метаморфизма | Давление, МПа | Температурный интервал (°C) | Примеры пород |
Метаморфизм погружения | Цеолитовая | 800 | >(400—700) | Эклогиты |
Контактовый метаморфмзм | Альбит-эпидотовых роговиков | — | 250 — 500 | Роговики контактовые, скарны |
Амфиболовых роговиков | 450-670 | |||
Пироксеновых роговиков | 630-800 | |||
Санидиновая | >(720—800) | |||
Регинальный метаморфизм | Зелёных сланцев | 200-900 | 300-600 | Зелёные сланцы, хлорит-серицитовые сланцы |
Эпидот-амфиболитовая | 500-650 | Амфиболиты, слюдяные сланцы | ||
Амфиболитовая | 550-800 | Амфиболиты, биотитовые парагнейсы | ||
Гранулитовая | >(700—800) | Гранулиты, гиперстеновые парагнейсы | ||
Кианитовые сланцы | >900 | 500-700 | Кианитовые сланцы | |
Эклогитовая | Эклогиты |
Температуры образования метаморфических горных пород
Температуры образования метаморфических пород всегда интересовали исследователей, поскольку ни позволяли понимать условия, а отсюда и историю механизма образовани этих пород. Ранее до разработки основных методов определения температур образования метаморфических минералов главным методом решения задачи были экспериментальные исследования, основанные на анализе различных диаграмм плавкости. На этих диаграммах устанавливались основные интервалы температур и давлений, в пределах которых выявлялась устойчивость тех или иных минеральных ассоциаций. Далее результаты экспериментов практически механически переносились на природные объекты. Параметры образования конкретных минералов не изучались, что является существенным недостатком подобных исследований.
В последующие годы появились новые методы определения тесператур образования минералов, к которым относились анализ расплавных включений, изотопные и геохимические геотермометры (см. Геобаротермометрия); эти методы позволили уточнить границы существования тех или иных минеральных ассоциаций в природных условиях и перекинуть мостик между экспериментальными исследованиями и природными явлениями.
Породы | Регионы | Минералы | |||||||
Qw | Bio | Il | Mt | Kf | Mus | Alb | Grn | ||
Сланцы | Австрия | 700* | — | — | — | — | — | — | 330 |
Сланцы | Гренландия | 700* | — | — | 610 | — | — | — | — |
Сланцы | Гренландия | 700* | — | — | 594 | — | — | — | — |
Метапелит | Альпы | 670 | — | 604 | — | — | — | — | — |
Метапелит | Альпы | — | 740 | — | — | — | — | — | — |
Ортогнейс | Альпы | 650 | — | 620 | — | 550 | — | — | — |
Гнейс | Альпы | 700* | — | — | — | — | — | — | 320 |
Примечание: Минералы-Qw- кварц; Bio- биотит; Il- ильменит; Mt- магнетит; Kf- калиевый полевой шпат; Mus- мусковит; Alb- альбит; Grn- гранат. (*) — минерал взят в качестве эталона с указанной температурой. |
Последовательность выделения минералов метаморфитов описывается рядом
(ПЛ40 — плагиоклаз № 40).
Приведённый ряд обладает следующими особенностями:
Механизм образования минералов в метаморфических породах
Примером другой подобной реакции является реакция (Федькин В. В., 1975)
8Stav + 12Qw = 4Grn + Chl + 30Kya.
В этой реакции Grn и Chl образовуются при разных температурах. Эти результаты не учитывают новые данные по геохимии минералов, отражённые в таблице.
ГРАНАТЫ
Все изученные гранаты (Grn) находятся в ассоциации преимущественно с биотитом (Bio), кордиеритом (Cor) и плагиоклазом (Pl).
По изотопным данным Bio образованы при Т ≈ 700 °C, плагиоклазы ≈ 500 °C. Температура выделения граната не достаточно ясна. По изотопным данным он выделяется при 300—450°С; результаты анализа ГЖВ дают те же пределы. По официальной точке зрения — ≈ 700 °C, но она опирается во многом на геохимические термометры, в использовании которых имеются существенные ошибки. Bio и Grn выделяются в равновесии с водой. О Cor информации нет. По экспериментам (Л. Л. Перчука и др., 1983) при Т= 550—1000°С при совместной кристаллизации ионный обмен между Grn и Cor отсутствует.
Основной версией является равновесие Grn с Cor, часто присутствующим в гнейсах в ассоциации с Grn. Тогда вероятное уравнение образования гранатов имеет вид
Здесь скобки отражают: […] — изотопное; — геохимическое равновесия.
(Chl- хлорит). Но, объясняя изотопное равновесие граната с водой, эта реакция не отражает геохимическое равновесие минерала с другими компонентами гнейсов. Описывая происхождение гранатов, Н. А. Елисеев пишет еще об одной реакций
Chl + Qw → Cor + Ant + H2O
(Ant — антофиллит). Эти реакции протекают при разных Р-Т условиях. Но объединение их в средних областях Р-Т- условий приводит к искомой реакции образования минералов:
которая соответствует полученной выше схеме по изотопно-геохимическим данным.
Магнетиты
Изотопные данные. Изучен изотопный состав кислорода в акцессорных Mt и Il кислых метаморфитов (см. таблицу). Равновесие минералов с Н2О, СО2 и СО не подтверждается, зато выявлено равновесие с рутилом, соответствуя образованию системы Mt(Il)-Ru при разложении ферропсевдобрукита или ильменита (П. Я. Ярош, 1955; П. Р. Бусек, К. Келль,1966; и т. д.) по реакции
Однако, в магнетитовых месторождениях Кривого Рога (Украина) этот механизм не выявлен, возможно, из-за ошибок в определении изотопного состава кислорода минерала.
Возможно образование Mt за счет разложения ильменита по реакции
Тогда Mt находится в изотопном равновесии с рутилом (Ru). В этом случае Mt образуется при Тизот ≈ 450 °C. Такие Тизот(Mt) вполне возможны. Так на рудопроявлении р. Кюэричи жилообразные магнетит-гемоильменитовые руды образованы при Т=430-570°С (А. Н. Соляник и др., 1984). В метаморфических породах Il и Mt формируются в равновесии с Ru при Тизот = 400—500°С. Если же рассматривать Il как продукт разложения ульвошпинели, то в ассоциации с Mt их Тизот = 458 °C. Магнетит не может быть образован за счет разложения Il, поскольку в противном случае температуры образования (Тизот = 1100 −2000 °C) геологически не реальны.
В месторождения железорудной формации Biwabik (Сев. Миннесота) скарнового типа: по Синякову В. И. (1978), Дымкину А. М. и др. (1975) по результатам декрепитации Тобр(Mt) в скарнах колеблется в пределах 420—530°С. Изучена пара магнетит-кварц. Полученные данные дают температуру образования Mt в 500—550°С при условии равновесия его с СО2. Наиболее вероятным механизмом его образования является распад сидерита по схеме (Perry E.C., Bonnichsen B, 1966)
В. Н. Загнитко и др. (1989), И. П. Луговая (1973), ссылаясь на эксперименты, приводят реакции, соответствующие изотопным соотношениям:
3FeCO3 → [Fe3O4 + 2CO2] + CO (безводные среды с удалением газа); 6FeCO3→ [2Fe3O4 + 5CO2] + C (медленное удаление газа, наименее вероятная реакция).
Изучены преимущественно магнетиты Украинского щита. При интерпретации учитывались термодинамические данные по пироксенам, оливинам, гранатам, карбонатам и другим соединениям, отмеченным при описании граната. Использованы определяющие отношения (Fe/Mg), (Fe/Mn), (Fe/Ca). Установлено, что исходное уравнение должно иметь вид
Если вместо доломита взять анкерит Ca2Mg,Fe(CO3)4, брейнерит (Mg,Fe)CO3 или сидероплезит (Fe,Mg)CO3, то при метаморфизме карбонатов можем получить реакцию, например,
О возможности протекания подобных реакций свидетельствует и состав природных карбонатов (И. П. Луговая, 1973): сидерит — FeCO3— 98,4 %; MnCO3-3,4 %; MgCO3— 0,7 %; пистолизит- FeCO3 — 69,6 %; MgCO3 — 27,3 %; MnCO3 — 2,8 %; сидероплезит — FeCO3— 83,%; MgCO3 — 11,5 %; MnCO3— 4,4 %. Недостатком реакции является неясность изотопной природы кальцита и пироксена.