Основные факторы и типы метаморфизма
Г. 1ПРПИ-20 (заочное)
Лекция 1. ЭНДОГЕННЫЕ И ЭКЗОГЕННЫЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ
ПРОЦЕССЫ
1. Геологические процессы
2. Магматизм
3. Основные факторы и типы метаморфизма
4. Тектонические движения
5. Основные сведения о землетрясениях
6. Выветривание
7. Геологическая деятельность ветра
8. Геологическая деятельность поверхностных вод
9. Геологическая деятельность подземных вод
10. Геологическая деятельность морей, озер и болот
Геологические процессы
Процессы изменения земной коры и более глубоких геосфер Земли называются геологическими. Земная кора изменяется непрерывно. Отдельные ее участки отличаются друг от друга составом и характером залегания горных пород. Все геологические процессы подразделяют на экзогенные (извне рожденные) и эндогенные (внутри рожденные) . Экзогенные процессы обусловлены атмосферными явлениями, геологической деятельностью морей, рек, озер, подземных вод, ветра, ледников, животного и растительного мира.
В результате экзогенных процессов в приподнятых участках земной поверхности горные породы разрушаются, а в пониженных происходит накопление продуктов их разрушения. Явления разрушения и сноса приурочиваются к приподнятым участкам суши. Естественно, что разрушение коренных пород наиболее интенсивно в условиях горного, сильно пересеченного рельефа. Продукты разрушения накапливаются в основном в долинах рек, на дне морей и озер, где образуются осадки из принесенных водой обломков разрушенных пород. Очевидно, скорость осадконакопления (седиментации) находится в прямой зависимости от интенсивности приноса материала — продуктов разрушения горных пород: повышение темпа осадконакопления всегда вызвано активизацией процессов разрушения и транспортировки, а понижение — их угасанием. Общим результатом разрушения и накопления является постепенное выравнивание рельефа, которое приводит к ослаблению экзогенных процессов.
|
|
|
Выравнивание поверхности земной коры было бы уже полным за прошедшие геологические эпохи, если бы не непрерывные изменения рельефа в результате эндогенных процессов. Эндогенные процессы обусловливают вертикальные и горизонтальные перемещения земной коры, землетрясения, извержения вулканов, изменения горных пород под действием высоких давлений и температур на больших глубинах или при излиянии огненно-жидкой лавы на поверхность. В противоположность экзогенным процессам они протекают в глубинных областях Земли, большей частью внутри земного шара, и мало зависят от внешних условий. В результате эндогенных процессов существенно изменяются старые и образуются новые горные породы, нарушается первоначальное залегание горных пород, изменяется форма геологических тел, происходит их перемещение, образуются разрывы и т. д. С эндогенными процессами связано возникновение и развитие материков, океанических впадин и горных возвышенностей. Медленные опускания и поднятия отдельных участков земной коры и более быстро протекающие деформации вещества земной коры (в том числе и землетрясения), при которых горные породы сминаются в складки и нарушаются разрывами, приводят к изменению условий существования горных пород и минералов и вследствие этого к их разрушению и превращению в новые горные породы и минералы. Эндогенные процессы являются выражением тех объемных напряжений в теле Земли, которые неизбежно возникают в результате превращений вещества Земли, главным образом, в самых глубоких частях земной коры и под корой.
|
|
|
Эндогенные и экзогенные геологические процессы приводят к изменению как внутреннего строения земной коры и более глубоких оболочек, так и внешнего лика планеты.
Магматизм
Основной движущей силой эндогенных процессов является энергия, которая выделяется за счет перераспределения вещества в недрах Земли, радиоактивного превращения элементов, химических реакций.
|
|
|
К ним относятся: магматизм, метаморфизм, вулканизм, землетрясение и тектонические движения.
Магматизм - это сложный геологический процесс, включающий в себя явления зарождения магмы в земной коре или подкорковой области, перемещение ее в верхние горизонты земной коре или образование магматических горных пород.
Магмами (греч."магма"-тесто, густая мазь) называются природные преимущественно силикатные расплавы, насыщенные растворенными в них газами. В составе магмы преобладают те же химические элементы, которые слагают земную кору. Однако состав магмы отличается значительным содержанием легколетучих соединений - паров воды, сернистых соединений, углекислого газа и т.д. Благодаря высокому давлению летучие соединения находятся в магме в растворенном состоянии, уменьшая и вязкость, увеличивая подвижность и химическую активность по отношению к вмещающим породам.
Возникает магма путем периодического локального переплавления вещества земной коры или мантии, вызываемого изменением термодинамических условий - давления и температуры. Несмотря на то, что в нижних горизонтах земной коры и подкоровом слое господствуют высокие температуры более 1000-1200°С, вещество этих областей обычно находится в твердом состоянии. Переходу их в жидкое состояние препятствует высокое давление. Но в местах, где это давление понижается (например, вследствие тектонической нарушенности) или снижается температура плавления пород (в присутствии паров воды) вещество переходит в расплавленное состояние и приводит к образованию первичных магматических очагов.
|
|
|
Вследствие перемещения магматических расплавов в более высокие горизонты земной коры образовываются вторичные магматические очаги.
Повышение температуры, способствующее также образованию магмы, связано с процессами радиоактивного распада элементов в земной коре, а также гравитационные процессы дифференциации вещества и различного рода фазовые превращения, протекающие с выделением тепла.
Движение магмы к поверхности обусловлено, во-первых, гидростатическим давлением, а, во-вторых, значительным увеличением объема, которым сопровождается переход твердых пород в состояние расплава.
В случае если магма прорывает всю толщу земной коры и изливается на поверхность, говорят об эффузивном магматизме. Если же внедряющаяся магма, не достигнув поверхности, застывает на той или иной глубине, процесс проявляется в форме интрузивного магматизма.
Различаясь по форме проявления, эти виды магматизма отличаются друг от друга и по характеру конечных продуктов, которыми являются интрузивные и эффузивные горные породы.
Эффузивный магматизм иначе называется вулканизмом. Аппаратом вулканического извержения может быть жерло (центральный тип) или трещина (трещинный тип). Вследствие многократного извержения возникают вулканы -горы конической формы с кратером в вершине и подводящим каналом (вулканической трубкой),по которому поступает магма из магматического очага.
Нередко излияние лавы происходит из трещины, рассекающей земную кору.
В результате образуются мощные лавовые покровы.
Продуктами извержения вулканов являются лавы, газы и различные твердые вещества.
В большинстве случаев температура лав превышает 1000-1200°С. В зависимости от температуры и химического состава лава бывает очень жидкой и тягучей. Лавы бедные кремнеземом и обогащенные железо-магнезиальными соединениями ультраосновного состава обладают малой вязкостью. Кислые лавы обладают малой подвижностью. При застывании жидкой лавы возникает покров или поток волнистой лавы. Из вязкой лавы образуется глыбовой покров. При подводном извержении возникает подушкообразная форма.
Главной составной частью вулканических газов являются пары воды. Сильные ливни часто сопровождают извержения вулканов. В составе вулканических газов часто содержатся: СО2, NН3, Н2S, NНСl, N и др.
Твердые продукты (пирокластические) состоят из обломочного материала, возникшего при вулканических взрывах в результате выбрасывания в атмосферу огромных масс лав, а также из обломков горных пород взорванных частей кратера. В зависимости от величины обломков выделяют: вулканические бомбы, имеющие размер от 5-10 см до нескольких метров в поперечнике, лапиллии - от 1 до 3 см, вулканический песок, состоящий из различимых невооруженным глазом частиц (от 0,5 мм до размера горошины), и вулканический пепел - макроскопически тонкая пыль. В дальнейшем в результате уплотнения и цементации пирокластического материала образуются вулканические брекчии (из грубообломочных частиц) и вулканические туфы (из пепла).
После прекращения активной деятельности вулканы вступают в поствулканическую стадию своего развития. Это - выделение газов, гейзеры и термальные источники, извержения грязевых вулканов.
По своей деятельности вулканы делятся на действующие (например; Курильские, Филиппинские) и потухшие (Казбек, Эльбрус). Однако, такое деление условно.
По характеру извержения вулканы подразделяются на основные типы: гавайский, этно-везувианский, пелейский, кракатауский, трубки взрыва, трещинные.
В настоящее время на земном шаре выделяют несколько зон развития вулканизма: тихоокеанская, атлантическая, индийско-африканская.
Интрузивный магматизм проявляется в случае, когда поднимающаяся магма медленно остывает и кристаллизуется на той или иной глубине, образуя по форме магматические тела, называемые интрузивами. Рассмотрим сущность интрузивного магматизма.
Магма постоянно испытывает сложнейшие физико-химические превращения, называемые процессами дифференциации. Дифференциация магмы - это совокупность физико-химических процессов, приводящих к образованию из единого магматического расплава горных пород различного состава. Выделяют два главных типа дифференциации - магматическую и кристаллизационную.
Магматическая дифференциация происходит в еще жидком магматическом расплаве. Основным механизмом, приводящим к разделению магмы на фракции, считается ликвация, т.е. разделение единого гомогенного расплава на две несмешивающиеся между собой жидкости, отличающиеся друг от друга по составу. Ликвация вызывается понижением температуры магмы и ассимиляцией расплавом вмещающих пород, приводящей к изменению ее состава.
Кристаллизационная дифференциация связана с процессом кристаллизации магмы и сопровождает этот процесс. По мере остывания магмы первыми из расплава выпадают кристаллы наиболее тугоплавких минералов и, в частности, оливина. За ним выделяются пироксены, чуть позже основные плагиоклазы, затем средние и кислые плагиоклазы, калиевые полевые шпаты, слюды и, наконец, кварц.
Вокруг интрузива в период и после охлаждения и кристаллизации магмы также развиваются геологические процессы, называемые постмагматическими.
На отдельной стадии эволюции магмы, когда превышается предел растворимости в ней летучих компонентов, от нее отделяются в виде самостоятельной фазы газовые (пневматолитовые) растворы, основную роль в которых играют водяные пары. При снижении температуры растворов до 450-400°С они превращаются в жидкие, или гидротермальные (горячие водяные) растворы. Пневматолитовые и гидротермальные растворы нередко выносят значительное количество цветных, редких, благородных и радиоактивных металлов, содержащихся в исходном веществе, образуя месторождения полезных ископаемых. На всех этапах развития магматических процессов формируются определенные ассоциации минералов, соответствующие конкретным условиям.
Основные факторы и типы метаморфизма
Под метаморфизмом понимают изменение и преобразование горных пород под влиянием эндогенных геологических процессов, вызывающих значительные изменения термодинамических условий.
Преобразования в горных породах при метаморфизме происходит путем их перекристаллизации в твердом состоянии, лишь в редких случаях на больших глубинах метаморфизм сопровождается частичным или полным переплавлением горных пород.
Метаморфизму могут подвергаться все горные породы - осадочные, магматические и ранее существовавшие метаморфические. Наиболее легко метаморфизоваться будут породы, условия, образования которых наиболее отличаются от обстановки, создавшейся при метаморфизме.
При метаморфизме меняются структурно-текстурные особенности горных пород и их минеральный состав. В ряде случаев наблюдается изменение химического состава горных пород. Степень изменения первичных пород, т.е. степень метаморфизма, различна от незначительных преобразований до полного изменения состава и облика.
Главными причинами и факторами метаморфизма горных пород являются температура, давление и химически активные вещества — растворы, летучие вещества.
Температура. Процессы метаморфизма совершаются при температуре от 250-300 до 800°С. Повышение температуры всего на 10° вдвое увеличивает скорость химических реакций, а на100°С - примерно, в 1000 раз. В условиях земной коры повышение температуры вызывается следующими причинами: 1)погружение пород на большие глубины; 2) тепловое воздействие магматических расплавов, внедряющихся в земную кору; 3) поступлением глубинных флюидов; 4) местным возрастанием внутреннего теплового потока.
Давление. Различают давление петростатическое (всестороннее) и боковое (одностороннее) или стресс.
Петростатическое давление является функцией глубины и возрастает с погружением горных пород в глубь литосферы. Увеличение глубины на каждые 3 км соответствует увеличению давления на 100 МПа. Метаморфизм интенсивно проходит на глубине 10-50 км, давление в этих условиях равно 400-1500 МПа. Возрастание петростатического давления ведет к изменению объема пород, способствует образованию минералов с большими плотностями. Этот фактор также повышает температуру плавления минералов. Всестороннее давление способствует формированию горных пород с однородными текстурами.
Боковое давление (стресс) возникает при интенсивных тектонических движениях дислокационного характера. Оно приводит к деформации минералов, вызывает появление закономерной пространственной ориентировки их в горных породах. Например, пластинчатые минералы располагаются плоскостями спайности перпендикулярно к направлению давления (сланцевые текстуры). Вызывая в ряде случаев дробление пород, стресс повышает их фильтрационные свойства.
Наиболее развиты стрессовые давления в верхних горизонтах земной коры. Роль петростатического давления повышается с увеличением глубины. Химически активные вещества (вода, углекислота, водород, соединения серы и др.) являются катализаторами, облегчающие реакции между кристаллами5участвуют в образовании новых минералов.
Существенная роль при метаморфизме принадлежит фактору времени. Однако ошибочно было бы думать, что чем древнее порода, тем сильнее она метаморфизирована. Все определяет конкретная геологическая обстановка. В случае, если нет привноса и выноса компонентов, химический состав остается постоянным - такой метаморфизм называют нормальным или изохимическим. Если же привнес и вынос компонентов имеет место - такой метаморфизм называют метасоматический.
По преобладающей роли в процессе тех или иных факторов, а также в зависимости от масштабов развития явлений метаморфизма в пространстве выделяют отдельные виды или типы метаморфизма.
Региональный метаморфизм проявляется в условиях, когда отдельные участки земной коры испытывают длительное прогрессивное погружение, в результате чего горные породы перемещаются из верхних горизонтов в более глубокие. Прогибание компенсируется осадконакоплением и в качестве главных факторов метаморфизма выступают петростатическое давление и температура, иногда стрессовое давление и химически активные вещества.
Подобные условия реализуются в пределах геосинклиналях различного возраста, а также в фундаментах древних платформ и в щитах.
Контактовый метаморфизм проявляется на контактах магматических расплавов, внедряющихся в земную кору, с вмещающими породами. Вблизи контакта образуется ореол метаморфических пород, который обычно захватывает как окружающие магматическое тело порода (экзоконтактовый метаморфизм), так и краевые части самого магматического тела (эндоконтактовый). Ширина контактового ореола изменяется от сантиметров до первых километров.
Основные факторы: тепловое воздействие магматических пород на вмещающие породы и химически активные газовые и жидкие растворы.
Динамометаморфизм (катакластический, дислокационный метаморфизм) проявляется в верхних частях земной коры в зонах развития тектонических движений дислокационного характера. Основной причиной, вызывающей его является стрессовое давление. При этом виде метаморфизма изменяется структурно-текстурные особенности пород. Происходит их дробление (катаклиз), а в более глубоких зонах с повышением температуры появляются пластические деформации. В породах появляется полосчатость, возникает кристаллизационная сланцеватость,
4. Тектонические движения
Тектонические движения и землетрясения, также как магматизм и метаморфизм, относятся к эндогенным геологическим процессам.
Все природные движения земной коры или отдельных ее участков получили название тектонических движений. Они недоступны для непосредственного изучения и о них приходится судить по результатам их проявлений, запечатленным в строении земной коры или рельефа земной поверхности. Так, на участках длительно прогибающихся, накапливаются мощные толщи пород; на участках, испытывающие переменные поднятия и опускания, из разреза выпадают отдельные слои.
Всесторонним изучением тектонических движений занимается наука - геотектоника.
В зависимости от интенсивности, преимущественной направленности и геологических результатов тектонические движения делят на две группы - колебательные и дислокационные.
Под колебательными тектоническими движениями понимаются медленные вековые поднятия и опускания земной коры. Часто эти движения называют эпейрогенетические (греч."эпейрогенез"-рождение материков) .
По направленности колебательные движения относятся к существенно вертикальным, а по масштабам проявления - к общекоровым, или глубинным.
Особенностями таких движений являются:
1. Универсальность их в пространстве и времени. Движения, различные по масштабу проявления во времени и пространстве, обычно вкладываются друг на друга, что в целом создает сложную картину колебательных движений земной коры.
2. Обратимость, которая выражается в том, что для каждого участка земной коры во времени поднятия могут сменяться опусканиями, смена знака движений может повторяться многократно.
3. Колебательные движения в большинстве случаев не приводят к существенным изменениям первоначального залегания горных пород и потому не сказываются на прочности и долговечности инженерных сооружений.
Характер колебательных движений различен в пределах различных структурных элементов земной коры. На платформах - это слабые движения, характеризующиеся чрезвычайно малыми скоростями и захватывающие довольно обширные изометрические по форме площади (Скандинавское поднятие, Северо-каспийская зона погружения). В геосинклиналях движения более интенсивны, отличаются большими амплитудами и скоростями, а площади поднятий или опусканий вытянуты в виде узких полос или овалов.
Вторую важнейшую группу тектонических движений образуют дислокационные (лат."дислокатнос"-смещение) движения, которые делят на складко - и разрывообразователъные. Часто их называют орогенетическими (горообразовательными).
По направленности они могут быть существенно горизонтальными и существенно вертикальными, по месту проявления - внутрикоровые.
Особенностями таких движений являются:
1. Дислокационные движения не универсальны ни в пространстве, ни во времени. В пространстве они приурочены к тектонически подвижным участкам земной коры. Во времени носят эпизодический характер и связаны с периодами интенсивного тектонического развития определенного участка земной коры.
2. Дислокационные движения необратимы.
3. Амплитуды и скорости этих движений более высокие, чем колебательных движениях, при этом смена знака движений происходит на малых расстояниях.
4. Проявляясь в пределах геосинклинальных зон, дислокационное движения сопровождаются магматизмом и метаморфизмом горных пород.
5. Главной особенностью дислокационных движений является то, что они изменяют первичные формы залегания, которые называются тектоническими, или нарушенными. Тектонические нарушения находят свое отражение в рельефе земной поверхности, непосредственно влияя на прочность и устойчивость инженерных сооружений.
Тектонические движения препятствуют выравниванию рельефа земной поверхности, постоянно порождая различия гипсометрических уровней отдельных участков земной коры - основное условие для развития экзогенных геологических процессов. В этом проявляется неразрывное диалектическое единство эндогенных и экзогенных процессов. Прямым следствием тектонических движений являются изменение очертаний континентов и океанов, явления трансгрессии и регрессии морей.
Нарушения в залегании пород повышают проницаемость земной коры, создают области пониженных давлений, способствуя зарождению магматических очагов, миграции магмы. Тектоническими движениями обусловлены процессы метаморфизма горных пород. Изучение современных и новейших колебательных движений имеет важное прикладное значение. Особенно необходимо учитывать их при постройке долговременных инженерных сооружений: портов, каналов, гидростанций, горных предприятий и др.
Неравномерные интенсивные поднятия и опускания земной коры могут нарушать работу систем водоснабжения, подземных газо- и нефтепроводов.
В нефтеносных районах зоны интенсивного проявления современных и новейших движений наиболее перспективны для скопления нефти и газа, поскольку образующиеся при тектонических движениях трещины служат их проводниками.
Дата добавления: 2020-11-15; просмотров: 531; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!