REKLAMA


 

REKLAMA


 

Zdjęcie mikroskopowe odmieszań (tzw. mikropertytów) skalenia sodowego (albitu) w skaleniu alkalicznym (ortoklaz) Zdjęcie mikroskopowe odmieszań (tzw. mikropertytów) skalenia sodowego (albitu) w skaleniu alkalicznym (ortoklaz) Piotr Perkowski

Aktywność geologiczna jest głównym czynnikiem kształtującym powierzchnię kontynentów i dna oceanicznego, powoduje procesy górotwórcze i zjawiska wulkaniczne


Perkowski_Piotr

Autorem tekstu jest Piotr Perkowski
Instytut Nauk Geologicznych, Polska Akademia Nauk (w latach 2006-2011),
e-mail: Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.  

 

Dr Piotr Perkowski zajmuje się badaniami skał metamorfizmu ultrawysokich ciśnień, a także datowaniem skał i minerałów metodami i izotopowymi i chemiczną metodą CHIME.  

 

 


Jednymi z najważniejszych czynników kształtujących naszą planetę są procesy metamorficzne. Występują one w różnych warunkach i środowiskach geologicznych, w skałach skorupy ziemskiej lub głębiej w płaszczu ziemi. Charakteryzują się bardzo szerokim zakresem wartości temperatury i ciśnienia.

 

Różnorodne procesy i powstające w nich skały

 

Pod określeniem „metamorfizm” kryje się wiele przeobrażeń mineralnych, strukturalnych i teksturalnych skał pozostających w stanie stałym. Procesy te zachodzą pod wpływem podwyższonej temperatury i ciśnienia, choć zdarzają się wyjątki od tej reguły. Ze względu na sposób powstawania tego typu skał badacze wyróżniają cztery główne rodzaje metamorfizmu: dyslokacyjny, kontaktowy, zderzeniowy (impaktowy) i regionalny.

 

Metamorfizm dyslokacyjny polega na przeobrażeniach skał spowodowanych ruchami podczas procesów górotwórczych bez udziału magmy. Podstawowym czynnikiem jest tu ciśnienie napierających na siebie masywów skalnych – ziarna ulegają kruszeniu i granulacji aż do zniszczenia struktury mineralnej i zeszklenia, a następnie dochodzi do rekrystalizacji, przy czym wszystko odbywa się bez udziału składników dostarczanych z zewnątrz, z wyjątkiem wody. Te procesy są lokalne, zachodzące w strefach uskoków tektonicznych. Skały znajdujące się w strefie kontaktowej z ciałem magmowym podlegają przebudowie i rekrystalizacji minerałów zazwyczaj bez zmiany składu chemicznego, choć może zaznaczyć się też wpływ ciała magmowego i towarzyszących mu roztworów – tego typu zmiany to lokalny metamorfizm kontaktowy.

 

Pod wpływem fali zderzeniowej wywołanej upadkiem ciała niebieskiego (meteorytu) lub też eksplozją także następuje zmiana struktury i tekstury skał oraz minerałów, w takim przypadku mamy do czynienia z metamorfizmem zderzeniowym, spowodowanym wpływem fali zderzeniowej.Taka fala działa w czasie od milionowej części sekundy do minuty i powoduje wzrost ciśnienia oraz temperatury, co rozpoczyna proces zaznaczający się ciągłą zmianą chemicznych, fizycznych i mineralnych, a także teksturalnych i strukturalnych cech skały.

 

Największe pole działania ma metamorfizm regionalny – może objąć wiele tysięcy kilometrów kwadratowych. Powodują go temperatura i ciśnienie hydrostatyczne oraz ciśnienie napierających na siebie bloków skalnych. Metamorfizm ten dzielony jest na wysokotemperaturowy i niskotemperaturowy oraz wysokociśnieniowy i niskociśnieniowy. Obecnie najczęściej stosuje się podział na facje, które swoją nazwę zawdzięczają charakterystycznym dla danego typu skał minerałom. Tak więc wyróżniane są facje: zeolitowa, zieleńcowa, glaukofanowa, epidotowa, granulitowa, eklogitowa lub strefy metamorficzne: chlorytowa, biotytowa, granatowa, andaluzytowa i inne.

 

Odsłonięcie soczewki eklogitowej powyżej wsi Bielice w Górach Bialskich. Wielkość odsłonięcia 8,5 x 4,5 m. Fot. Piotr Perkowski

 

Ze względu na występowanie w skałach metamorficznych wielu charakterystycznych minerałów powstających w określonych warunkach ciśnienia i temperatury dzięki obserwacjom mikroskopowym można określić, jakim procesom metamorficznym podlegała dana skała i z jaką facją metamorficzną mamy do czynienia. Zakresy temperatury i ciśnienia, w których występują te minerały czy zespoły mineralne, zostały dokładnie określone. Na podstawie analiz zawartościpewnych pierwiastków w określonych minerałach wspólnie rosnących w skale zostały sporządzone algorytmy pozwalające obliczyć temperatury i ciśnienia, w jakich one krystalizowały. Powstały również siatki petrogenetyczne, czyli diagramy zakresów temperatur i ciśnień, w jakich występują te charakterystyczne minerały, oraz zakresy, w jakich warunki temperatury i ciśnienia odpowiadają poszczególnym facjom metamorficznym.

 

Między temperaturą, ciśnieniem i…

 

Procesy metamorficzne zaczynają się już w zakresie temperatur wyższych od wartości charakterystycznych dla procesów diagenezy (do 50°C), czyli procesów scalających osad na dnie morza czy jeziora w litą skałę. Właśnie w tych cieplejszych warunkach powstaje tzw. okno ropne (50–150°C) i gazowe (150–230°C), czyli warunki, w których z odpowiednich skał osadowych (zasobnych w substancje organiczne) mogą powstawać ropa naftowa i gaz ziemny. Warunki takie mogą występować na głębokości 0,5–1 km w skorupie ziemskiej. Znajdują się tam charakterystyczne minerały, jak zeolit, prehnit czy pumpellit. Do przemian dochodzi także tam, gdzie warunki temperatury mogą przekraczać 1000°C, a ciśnienia 20 kbar (w ziemskiej skorupie oceanicznej o miąższości 5-7 km, kontynentalnej o miąższości do 30 km, w obrębie górotworów o miąższości do 70 km).

 

Oprócz ciśnienia i temperatury na procesy metamorficzne wpływ ma głównie prężność pary wodnej w skale wpływająca na obniżenie temperatury topienia skał. Skały suche o niskiej prężności pary wodnej, pozbawione minerałów zawierających wodę, topią się w znacznie wyższej temperaturze niż skały o wysokiej prężności. Procesy metamorficzne mogą zachodzić w fazie stałej. Warunki, w których dochodzi do topienia skał i powstawania stopu, określają górną granicę występowania procesów metamorficznych.

 

Dodatkowo dość powszechnie zachodzą specyficzne warunki, w których jedna płyta skorupy ziemskiej podsuwa się pod drugą. Dochodzi wówczas do subdukcji, a podsuwana płyta (najczęściej ciężka płyta skorupy oceanicznej) wpychana jest głęboko w obręb górnego płaszcza Ziemi (na głębokość ok. 200, a nawet 300 km). Skały budujące taki fragment skorupy są wtedy poddawane znacznie wyższym ciśnieniom (60–100 kbar). W takich warunkach dochodzi do zmian gęstości upakowania atomów i odległości między nimi w strukturze minerałów, czyli do przejść fazowych, i to zarówno w skorupie ziemskiej, jak i w górnym płaszczu Ziemi. W ich trakcie przemianom ulegają struktura krystaliczna, objętość i postać krystalograficzna minerałów lub całe zespoły mineralne bez zmiany składu całej skały. Przypuszcza się, że im właśnie należy przypisać nagły wzrost prędkości podłużnych fal sejsmicznych interpretowany przez geologów i geofizyków jako nieciągłość MOHO (Mohorovičicia). Skok ten może odpowiadać zmianie składu chemicznego skorupy – zasadowy i górnego płaszcza – ultrazasadowy lub transformacji fazowej gabra w eklogit.

 

Poza naszą planetą najbardziej rozpowszechniony jest metamorfizm zderzeniowy związany z upadkami meteorytów na ciała niebieskie (również Ziemię). Wówczas w krótkim czasie dochodzi do nagłego wzrostu ciśnienia i temperatury, co powoduje zmiany chemiczne, fizyczne i mineralne. Zachodzą wówczas jeszcze większe zmiany upakowania i odległości między atomami, gęstości minerałów oraz stopienia skał (przy ciśnieniu przekraczającym nawet 1000 kbar i temperaturze przekraczającej kilka-kilkanaście tysięcy stopni).

 

Zdjęcie mikroskopowe eklogitu. Fot. Piotr Perkowski

 

Zdjęcie mikroskopowe kryształu klinopiroksenu  z eklogitu. Fot. Piotr Perkowski

 

 

Chcesz wiedzieć więcej?

Bolewski A., Parachoniak W. (1974). Petrografia, Wydawnictwa Geologiczne.
Książkiewicz M. (1951). Geologia Dynamiczna, Państwowe Zakłady Wydawnictw Szkolnych.


Academia nr 1 (33) 2013

Oceń artykuł
(1 głosujący)

Tematy

agrofizyka antropologia jedzenia antropologia kultury antropologia społeczna archeologia archeometalurgia architektura Arctowski arteterapia astrofizyka astronomia badania interdyscyplinarne behawioryzm biochemia biologia biologia antaktyki biologia płci biotechnologia roślin borelioza botanika chemia chemia bioorganiczna chemia fizyczna chemia spożywcza cywilizacja demografia edukacja ekologia ekologia morza ekonomia energia odnawialna etnolingwistyka etnomuzykologia etyka ewolucja fale grawitacyjne farmakologia filozofia finanse finansowanie nauki fizyka fizyka jądrowa gender genetyka geochemia środowiska geoekologia geofizyka geografia geologia geologia planetarna geoturystyka grafen historia historia idei historia literatury historia nauki historia sztuki humanistyka hydrogeologia hydrologia informatyka informatyka teoretyczna internet inżynieria inżynieria materiałowa inżynieria żywności język językoznawstwo kardiochirurgia klimatologia kobieta w nauce komentarz komunikacja kooperatyzm kosmologia kryptografia kryptologia kulinaria kultoznawstwo kultura lingwistyka literatura literaturoznawstwo matematyka medycyna migracje mikrobiologia mineralogia mniejszości etniczne mniejszości narodowe modelowanie procesów geologicznych muzykologia mykologia na czasie nauka obywatelska neurobiologia neuropsychologia nowe członkinie PAN 2017 oceanografia ochrona przyrody orientalistyka ornitologia paleobiologia paleogeografia paleontologia palinologia parazytologia PIASt politologia polityka społeczna polska na biegunach prawo protonoterapia psychologia psychologia zwierząt punktoza Puszcza Białowieska robotyka rozmowa „Academii” seksualność smog socjologia szczepienia sztuka technologia wieś w obiektywie wulkanologia zastosowania zdrowie zoologia zwierzęta źródła energii żywienie

Komentarze

O serwisie

Serwis naukowy prowadzony przez zespół magazynu Academia PAN.Academia Zapraszamy do przysyłania informacji o badaniach, aktualnie realizowanych projektach naukowych oraz imprezach popularyzujących naukę.

 

Dla użytkowników: Regulamin

Pliki cookies

Informujemy, że używamy ciasteczek (plików cookies) w celu gromadzenia danych statystycznych, emisji reklam oraz prawidłowego funkcjonowania niektórych elementów serwisu. Pliki te mogą być umieszczane na Państwa urządzeniach służących do odczytu stron, a korzystając z naszego serwisu wyrażacie Państwo zgodę na używanie cookies, zgodnie z aktualnymi ustawieniami przeglądarki.

Więcej informacji o celu używania i zmianie ustawień ciasteczek w przeglądarce: TUTAJ

Wydanie elektroniczne

Kontakt

  • pisz:

    Redakcja serwisu online
    Academia. Magazyn Polskiej Akademii Nauk
    PKiN, pl. Defilad 1, pok. 2110
    (XXI piętro)
    00-901 Warszawa

  • dzwoń:

    tel./fax (+48 22) 182 66 61 (62)

  • ślij:

    e-mail: academia@pan.pl