ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΑ ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ

Transcript

1 ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΑ ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ Διαδικασίες της μεταμόρφωσης Γεωλογικός κύκλος πετρωμάτων Ιστοί (υφή) των μεταμορφωμένων πετρωμάτων Τύποι μεταμορφωμένων πετρωμάτων Βαθμός Μεταμόρφωσης Αναγνώριση των μεταμορφωμένων πετρωμάτων Αναγνώριση των πετρωμάτων για όλες τις ποικιλίες Τεχνικές θεωρήσεις των μεταμορφωμένων πετρωμάτων Τα μεταμορφωμένα πετρώματα σχηματίζονται μέσα στο φλοιό της γης από προϋπάρχοντα πετρώματα μέσω της δράσης της θερμότητας και της πίεσης Τα πετρώματα διατηρούν τη στερεά μορφή τους καθώς η μεταμόρφωση προχωρά

2 η μεταμόρφωση ολοκληρώνεται μέσω της αύξησης των υπαρχόντων ορυκτών και την επαναδιάταξη των γενικών χημικών συνθέσεων για να σχηματίσει τα νέα είδη ορυκτών Εάν συμβαίνει πλήρης τήξη, η διαδικασία είναι πυριγενής τα καυτά ρευστά αλλάζουν τη γενική σύνθεση κατά τη διάρκεια της μεταμόρφωσης Τα αρχικά πετρώματα μπορούν να είναι πυριγενή, ιζηματογενή, ή μεταμορφωμένα ο χαλαζίτης είναι ένα μεταμορφωμένο πέτρωμα που αποτελείται από μεταμορφωμένο χαλαζιακό ψαμμίτη Οι κόκκοι του χαλαζία υπήρξαν ως ιζήματα η χαλαζιακή άμμος προήλθε από την αποσάθρωση ενός γρανίτη (10% έως 20%)

3 ΣΥΣΤΑΣΕΙΣ ΤΩΝ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Τα περισσότερα πετρώματα κατά τη διάρκεια της περιφερειακής μεταμόρφωσης περιέχουν: ορυκτά σε παράλληλη διάταξη επίπεδα στρώματα ή επιμήκεις κόκκους σε μορφή διαχωρισμένων χρωματικών ζωνών Αυτό το χαρακτηριστικό γνώρισμα είναι γνωστό ως φύλλωση (foliation) Με βάση αυτήν την ιδιότητα τα μεταμορφωμένα πετρώματα μπορούν να υποδιαιρεθούν σε δύο ομάδες, φυλλοειδή και μη φυλλοειδή

4 τα μεταμορφωμένα πετρώματα μπορούν να βρεθούν στη γήινη επιφάνεια με την διάβρωση περιφερειακή μεταμόρφωση, (απομάκρυνση 1000 m υπερκείμενου πετρώματος) ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΕΣ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΣΗΣ κύριες διαδικασίες που παράγουν μεταμορφωμένα πετρώματα: η μεταμόρφωση επαφής και η περιφερειακή μεταμόρφωση (δράση όλων των παραγόντων) η μεταμόρφωση ενταφιασμού η δυναμική μεταμόρφωση Όταν το καυτό μάγμα διεισδύει στο περιβάλλον πέτρωμα, συμβαίνει μια αντίδραση στη ζώνη της επαφής Η αλλοιωμένη ζώνη ποικίλλει στο πάχος από μερικά cm έως 30 m (max = 2 km) - περιέχει ελαφρώς μεγαλύτερους κρυστάλλους,

5 Παράγοντες Μεταμόρφωσης θερμότητα προκαλεί διαστολή των ορυκτών και αύξηση των αποστάσεων μεταξύ των ιόντων (εξασθενούν οι δεσμοί-το ορυκτό καθίσταται ασταθές) η πίεση συμπιέζει τα ιόντα, σπάζει κάποιους δεσμούς και δημιουργεί νέες ορυκτολογικές δομές Τα χημικώς ενεργά ρευστά μεταφέρουν νέα ιόντα στο πέτρωμα, αλλάζουν τη σύνθεσή του και δημιουργούν νέα ορυκτά

6 τα νέα ορυκτά (και μερικά μεταλλεύματα όπως σουλφίδια ή οξείδια), περιβάλλουν ένα βαθόλιθο, σωρό, ή άλλο μεγάλο, διεισδυτικό πυριγενές σώμα παραδείγματα επαφής με πυριγενείς διεισδύσεις σκάρνς (μεταμόρφωση ανθρακικών πετρωμάτων πολύπλοκης ορυκτολογικής σύνθεσης) μικροί βαθύλιθοι και τα δύο λεπτόκοκκα ογκώδη πετρώματα Τα πετρώματα συνεισφέρουν κατά ένα μικρό μέρος στο συνολικό όγκο των μεταμορφωμένων πετρωμάτων

7 δεν διακρίνονται εύκολα από το προϋπάρχων πέτρωμα Η περιφερειακή μεταμόρφωση εμφανίζεται σε ακραία μεγάλες περιοχές (έκταση χιλιάδων km 2 και πάχος 1000 m ή και περισσότερο) εκτίθενται καλύτερα στους πρόποδες παλαιών, πτυχωμένων οροσειρών και στις ηπειρωτικές ασπίδες προκαμβρίου ηλικίας. τα περισσότερα ορυκτά προϋπαρχόντων πετρωμάτων κατά την περιφερειακή μεταμόρφωσης διευρύνουν το πεδίο σταθερότητας τους

8 Η αυξημένη θερμότητα επιφέρει εξασθένηση των χημικών δεσμών και επιταχύνει το ρυθμό της χημικής αντίδρασης, ευνοώντας έτσι το σχηματισμό νέων ορυκτών Η πίεση ευνοεί την ανάπτυξη των κρυστάλλων τον σχηματισμό νέων ορυκτών αυξημένου μεγέθους, προσανατολισμένων σε μια προτιμούμενη κατεύθυνση Η περιφερειακή μεταμόρφωση εμφανίζεται σε ιζηματογενείς λεκάνες με ιζηματογενή πετρώματα πάχους 9000 έως m. Συνήθως, οι εμφανίσεις είναι προκαμβρίου ηλικίας

9 ΓΕΩΛΟΓΙΚΟΣ ΚΥΚΛΟΣ ΤΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Αρχίζοντας με το μάγμα, η κρυστάλλωση παράγει πυριγενές πέτρωμα, το οποίο μπορεί να είναι είτε διεισδυτικό είτε εκρηξιγενές τα πετρώματα αυτά μπορεί να αποσαθρωθούν, παράγοντας ιζήματα Όταν τα ιζήματα λιθοποιούνται, παράγουν τα ιζηματογενή πετρώματα Η μεταμόρφωση αυτών των πετρωμάτων παράγει μεταμορφωμένα πετρώματα, τα οποία στη συνέχεια μέσω της τήξης παρέχουν μάγμα για μια ακόμα φορά

10 Οι 4 ευδιάκριτοι τύποι φύλλωσης είναι: ο σχιστώδης (slate) παραλληλία λεπτόκοκκων πλακωδών ορυκτών ομοιογενών ιζηματογενών πετρωμάτων (μάργες, αργιλικοί σχιστόλιθοι) ο φυλλιτικός ο σχιστώδης όπου η παραλληλία των ορυκτών δεν έχει σχέση με τις στρώσεις ο γευσιακός (ζωνώδης), κατά σειρά αυξανόμενου βαθμού μεταμόρφωσης ή επιπέδου μεταμόρφωσης. Τα φυλλοειδή πετρώματα έχουν μια τάση να σπάσουν κατά μήκος επιπέδων εξασθένισης που συνδέονται με τη φύλλωση Αυτή η ιδιότητα είναι γνωστή ως σχισμός του πετρώματος

11 σχιστώδης (slate)

12

13 σχιστώδης τύπος μαργών και αργιλικών σχιστολίθων αποτελείται από ρωγμές κατά μήκος λείων επιπέδων που διαχωρίζονται μεταξύ τους από αποστάσεις < του mm το χαρακτηριστικό αυτό γνώρισμα είναι εντονότερο από τις ρωγμές κατά μήκος των στρώσεων σε ένα ιζηματογενές πέτρωμα φυλλιτικός σχισμός αποτελείται από πυκνές παράλληλες ρωγμές, που διαχωρίζονται μεταξύ τους από αποστάσεις μεγαλύτερες αυτών των σχισμών του σχιστώδους τύπου (slaty)

14 φυλλιτικός σχισμός

15 Ο άλλος σχιστώδης τύπος αποτελείται από: νιφάδες ή πλάκες κρυστάλλων ορυκτών ορατές με γυμνό οφθαλμό (πλάκες από μίκα ή από κεροστίλβη (βελονοειδή ορυκτά) γευσιακή δομή αποτελείται από: εναλλασσόμενες ζώνες χονδρόκοκκων κρυσταλλικών ορυκτών πάχους μερικών mm η cm Οι ζώνες αποτελούνται από: ανοικτόχρωμα πυριτικά ορυκτά με λεπτότερες ζώνες σκοτεινόχρωμων ορυκτών μπορεί αλλά και μπορεί και όχι να επιδεικνύουν σχισμό στο πέτρωμα ή πραγματική φύλλωση

16 γευσιακή δομή

17 τα ονόματα των φυλλοειδών μεταμορφωμένων πετρωμάτων βασίζονται στην υφή τους Στους σχιστολίθους, τα κυρίαρχα ορυκτά παρέχουν το όνομα π.χ κεροστιλβικός σχιστόλιθος ή γρανατιτικός ή μοσχοβιτικός σχιστόλιθος Για τα μη φυλλώδη μεταμορφωμένα η ορυκτολογική σύνθεση αποτελεί τη βάση για το όνομα μεταμορφωμένος αργιλικός σχιστόλιθος (slate) σχηματίζεται από ιζηματογενείς αργιλικούς σχιστολίθους μέσω χαμηλού βαθμού μεταμόρφωσης Είναι λεπτόκοκκο ο σχιστώδης σχισμός του είναι αποτέλεσμα της παράταξης σε σειρά μικροσκοπικών νιφάδων μοσχοβίτη

18 γνεύσιος

19

20

21 φυλλίτης έχει σύνθεση παρόμοια με του αργιλικού σχιστολίθου, αλλά με μεγαλύτερα τεμάχια και μεγαλύτερες ποσότητες μοσχοβίτη Οι μικροσκοπικές πτυχές των επιφανειών των σχισμών υποδεικνύουν ένα ελαφρώς υψηλότερο βαθμό μεταμόρφωσης σχιστόλιθοι - είναι ο αφθονότερος τύπος πετρώματος σχηματίζεται μέσω περιφερειακής μεταμόρφωσης Χαρακτηρίζονται από τις ευδιάκριτες νιφάδες πλακωδών ορυκτών (μοσχοβίτης, βιοτίτης, τάλκης, χλωρίτης, ή αιματίτης) βελονοειδή ορυκτά (κεροστίλβη) μπορούν να κυριαρχούν στη σύνθεση τα κυρίαρχα παρόντα ορυκτά παρέχουν την ονομασία του πετρώματος π.χ. μοσχοβιτικός σχιστόλιθος ή κεροστιλβικός σχιστόλιθος

22 γνεύσιος

23 Μεταμορφωμένος αργιλικός σχιστόλιθος

24 φυλλίτης

25 γνεύσιος

26 (a) Μεταμοφωμένος αργιλικός σχιστόλιθος (b) φυλλίτης σχιστόλιθος (d) μιγματίτης

27 γνεύσιος είναι χονδρόκοκκο πέτρωμα με ζωνώδη (ταινιωτή) εμφάνιση που προκαλείται από εναλλασσόμενα στρώματα πυριτικών ορυκτών Σχηματίζονται κατά τη διάρκεια υψηλού βαθμού, περιφερειακής μεταμόρφωσης ο σχισμός του είναι λιγότερο έντονος από εκείνον του σχιστολίθου και αναπτύσσεται περισσότερο με την αύξηση σε μίκα σχηματίζονται από χονδρόκοκκα πυριγενή πετρώματα (π.χ., γρανίτης και γάββρος) αποτελούνται από εναλλασσόμενες ζώνες χαλαζία, αστρίου, και κεροστίλβης ή αυγίτη εκείνοι που προέρχονται από γραουβάκες ή αργιλώδη ιζηματογενή πετρώματα περιέχουν μοσχοβίτη και χλωρίτη

28 μάρμαρο αποτελείται σχεδόν εξ ολοκλήρου από ασβεστίτη ή δολομίτη Είναι χονδρόκοκκο κοκκώδες και σχηματίζεται από: μεταμόρφωση επαφής περιφερειακή μεταμόρφωση προέρχεται από ασβεστόλιθο ή δολομίτη διαφέρει από τα αντίστοιχα ιζηματογενή από: τους μεγαλύτερους κόκκους την απουσία ιζηματογενών χαρακτηριστικών γνωρισμάτων (απολιθώματα, επίπεδα των στρώσεων) Κατά τη διαδικασία της μεταμόρφωσης οι κόκκοι των ορυκτών μεγεθύνονται και τείνουν να παρατάσσονται σε σειρές σε μια προτιμούμενη κατεύθυνση το πέτρωμα δεν παρουσιάζει καμία φύλλωση

29

30 μάρμαρο

31 προτιμούμενος προσανατολισμός των κρυστάλλων υπάρχει (μικροσκοπικά) σημαντικός δομικός λίθος μπορεί να πάρει το επιθυμητό σχήμα χρησιμοποιείται για διακόσμηση τοίχων, ως ορθογώνια και στα κλιμακοστάσια κτηρίων, στις εξωτερικές προσόψεις κτηρίων διάφορα χρώματα και δομές προκύπτουν από: τις προσμίξεις στο αρχικό ιζηματογενές πέτρωμα και από τις ρωγμές ή / και δημιουργία λατυποπαγούς συνήθη χρώματα λευκό, μαύρο, πράσινο, ερυθρό, καφέ, αποχρώσεις του γκρι

32 χαλαζίτης σχηματίζεται από τη μεταμόρφωση χαλαζιακού ψαμμίτη Οι κόκκοι του χαλαζία στον ψαμμίτη συνδέονται σταθερά με SiO 2 Ο χαλαζίτης διακρίνεται από το μάρμαρο από: την πολύ μεγαλύτερη σκληρότητά του και τον μη αναβρασμό του κατά την επαφή με οξύ Οι λεπτομέρειες των χαρακτηριστικών γνωρισμάτων της υφής του μπορούν να διακριθούν μόνο με το μικροσκόπιο είναι λευκού χρώματος όταν δεν υπάρχουν προσμίξεις ροζ, ερυθρό, πράσινος και πορφυρούν είναι τα συνήθη χρώματα

33 Χαλαζίτης

34

35 ΒΑΘΜΟΣ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΣΗΣ Κατά τη διαδικασία της μεταμόρφωσης εμφανίζεται μια ακολουθία αλλαγών: ο βαθμός αύξησης της θερμότητα και της πίεση, είναι ένα μέτρο του βαθμού μεταμόρφωσης Τα χαμηλού βαθμού σχηματίζονται πρώτα, τα ενδιάμεσου και υψηλού βαθμού πετρώματα έπονται αλλαγές που εμφανίζονται καθώς αργιλικός σχιστόλιθος και βασάλτης μεταμορφώνονται: Αργιλικός σχιστόλιθος (ιζηματογενής) Αργιλίτης Αργιλικός σχιστόλιθος (μεταμορφωμένος) Φυλλίτης σχιστόλιθος από ορυκτά της μίκα αστριούχος σχιστόλιθος μιγματίτης μίκα γρανίτης Βασάλτης πρασινόλιθος κεροστιλβικός σχιστόλιθος αστριούχος αμφιβολίτης κεροστιλβικός πηγματίτης γρανοδιορίτης

36 αστριούχος σχιστόλιθος και αστριούχος αμφιβολίτης είναι υψηλού βαθμού μεταμορφωμένα πετρώματα, αργιλικός σχιστόλιθος και ο πρασινόλιθος είναι χαμηλού βαθμού μεταμόρφωσης μιγματιτοποίηση και γρανιτίωση Μιγματίτες είναι μίγματα πετρωμάτων, συνήθως γνεύσιου και γρανίτη, απαντούν σε ακραία υψηλού βαθμού μεταμορφωμένα πεδία συνδυάζουν υψηλού βαθμού μεταμόρφωση γνεύσιο με γρανίτη

37 Μιγματίτης

38

39 Γρανιτίωση είναι η διαδικασία σχηματισμού γρανίτη από έντονη μεταμόρφωση το 15% έως το 75% των γρανιτών σχηματίζεται μέσω γρανιτίωσης "πρόβλημα χώρου" Στη γρανιτίωση οφείλεται η προέλευση τεράστιων βαθολίθων (Sierra Nevada) ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Το πρώτο βήμα είναι να αναγνωριστεί ο τύπος της φύλλωσης Η φύλλωση καθορίζει το όνομα του πετρώματος χρειάζεται μόνο να προστεθεί ένας επιθετικός προσδιορισμός που βασίζεται στο ορυκτολογικό περιεχόμενο Για τα πετρώματα χωρίς φύλλωση, το περιεχόμενο ορυκτό χρησιμοποιείται για να προσδιορίσει τον χαλαζίτη από το μάρμαρο

40 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΘΕΩΡΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ 1. Γνεύσιος, αργιλλίτης και φυλλίτης μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως συσσωματώματα στο σκυρόδεμα. Τα επίπεδα και επιμηκυμένα τεμάχια προκαλούν προβλήματα μίξης στο φρέσκο σκυρόδεμα και προσδίδουν κατευθυντικές ιδιότητες στο αποσκληρυμένο σκυρόδεμα 2. Γνεύσιος με άφθονη μίκα και σχιστόλιθοι είναι επιρρεπείς σε απολέπιση των συσσωματωμάτων από την επιφάνεια του σκυροδέματος 3. Τα φυλλοειδή πετρώματα κατέχουν εμφανής κατευθυντικές ιδιότητες. Η αντοχή, η διαπερατότητα, η θερμική αγωγιμότητα και η σεισμική ταχύτητα επηρεάζονται από την κατεύθυνση (διεύθυνση) της φύλλωσης Ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δοθεί ώστε να μην ασκούνται φορτία (από γέφυρες, φράγματα, ή στα θεμέλια οικοδομών) σε φυλλοειδείς μάζες πετρωμάτων σε κατεύθυνση παράλληλη προς αυτήν της φύλλωσης

41 4. Ιδιαίτερη προσοχή θα πρέπει να δοθεί στη θεμελίωση βαρέων κατασκευών ή στη διάνοιξη σηράγγων σε όσο το δυνατόν υγιή πετρώματα 5. Χονδρόκοκκοι γνεύσιοι, αποξέονται σε σοβαρά βαθμό όταν χρησιμοποιούνται ως συσσωματώματα για κατασκευές (απώλεια της διαβάθμισης τους) 6. Ο αργιλικός σχιστόλιθος, ο σχιστόλιθος και ο φυλλίτης υπόκεινται σε υπέρ-ρήξη κατά τη διάρκεια της ανατίναξης αποκοπέντων τεμαχίων πετρώματος ή σηράγγων λόγω του έντονου σχισμού τους. Υψηλές συγκεντρώσεις φόρτισης στις σήραγγες μπορούν να εμφανιστούν για τον ίδιο λόγο 7. Η σταθερότητα των πρανών πετρώματος επηρεάζεται πολύ από τη θέση της φύλλωσης σε σχέση με την διεύθυνση κλίσης του πετρώματος. Όταν η φύλλωση κλίνει απότομα σε ένα άνοιγμα, συμβαίνει συνήθως ολίσθηση του πετρώματος. Μπορεί να απαιτηθεί κοχλίωση ή τένοντες του πετρώματος για την αποτροπή τέτοιων αστοχιών

42 8. Οι φυλλίτης και αργιλλίτης μπορούν να παραγάγουν αντιδρώντα συσσωματώματα αλκαλίων-πυριτικών 9. Το μάρμαρο υπόκειται στα ίδια προβλήματα με τον ασβεστόλιθο μπορούν να αναπτυχθούν κοιλότητες και κανάλια από διάλυση, που προκαλούν παρόμοια προβλήματα όπως: διαρροή από ταμιευτήρες και κατάρρευση προσφάτως σχηματισθέντων καρστικών φρεάτων 10. Ο χαλαζίτης είναι ένα μαζικό, σκληρός πέτρωμα και έχει μια σημαντική λειαντική επίδραση στον εξοπλισμό σύνθλιψης και κατά μέγεθος ταξινόμησης Εξαιτίας της ιδιότητας του αυτής η επεξεργασία του είναι δαπανηρότερη σε σχέση με εκείνης των περισσότερων πετρωμάτων