Метаморфизм – это ряд преобразований состава и строения, ранее возникших горных пород (осадочных, изверженных, а также ранее возникших метаморфических, а следовательно, и слагающих их минералов) в глубинных зонах земной коры под воздействием высоких температур, давлений, а также воздействия горячих газов и водных растворов.

Факторы метаморфизма

Проявление процессов метаморфизма происходит в течении больших промежутков времени, измеряемых миллионами и сотнями миллионов лет, когда даже незначительные по своей интенсивности факторы могут привести к большим изменениям.

Главными факторами для метаморфизма являются повышенные температура и давление. Обычно температура и давление действуют одновременно, но с разной интенсивностью, причем может быть резкое преобладание одного какого-нибудь фактора. Кроме того, давление может быть односторонне направленным и всесторонним – гидростатическим. Повышенная температура увеличивает химическую активность растворов, ускоряет химические реакции взаимодействия их с минералами и перекристаллизацию последних.

Раскаленная магма, внедряясь в породы земной коры и оказывая на них давление, приносит с собой много тепла и ряд веществ в парообразном или жидком состоянии, облегчающем реакции их с вмещающими породами. наряду с высокотемпературным метаморфизмом наблюдаются случаи преобразования прежних минералов и образование новых при высоких температурах – гидрометаморфизм.

Температуры образования типичных метаморфических пород принимается в пределах 300-400 и до 1000⁰С, редко до 1200⁰С. Такое повышение температуры в земной коре может возникнуть как при внедрении в нее магмы и воздействия горячих растворов, так и в результате погружения при тектонических процессах участков (блоков) земной коры на большие глубины.

При метаморфизме, как правило, не происходит существенного расплавления пород, но изменяются минеральный и химический состав руд и горных пород, их физические свойства, а иногда и сама форма минеральных залежей. Например, из гидроокислов железа образуется магнетит или гематит, из опала – кварц, углистое вещество превращается в графит, известняк перекристаллизовывается в мрамор и происходят другие преобразования минералов и пород, приводя иногда к образованию месторождений полезных ископаемых.

Минералогический состав метаморфических пород очень разнообразен. Одни минералы встречаются как в исходных породах, так и  в продуктах их изменения, другие – являются новообразованиями и специфичны для отдельных видов метаморфических пород.

Различают следующие виды метаморфизма: контактовый и автометаморфизм, региональный и динамометаморфизм.

Контактовый метаморфизм

Этот тип метаморфизма отмечается в зонах контакта внедряющихся в земную кору расплавленных магматических масс и вмещающих твердых пород. Здесь происходит воздействие как тепла от магмы на вмещающие породы, так и воздействие на них газов и растворов, выделяемых с магмой, которые, с удалением от контакта, будут главной причиной перекристаллизации пород, возникновения новых минералов.

По периферии интрузивного массива возникает ореол измененных пород различной ширины: от нескольких миллиметров и сантиметров (у небольших тел) до сотен метров и единиц километров у больших интрузий. Эти изменения захватывают как внешнюю часть интрузивного массива, так и соприкасающиеся с ним породы кровли (вмещающие породы).

При контактовом метаморфизме часто происходят процессы метасоматоза – замещения одних минералов другими, но без изменения объема. Частным случаем контактово-метасоматического метаморфизма является образование скарнов, чаще всего – на контактах магматических пород (таких, как гранодиориты, кварцевые диориты) с известняками и доломитами. Скарны состоят главным образом из силикатов кальция, железа, алюминия и других элементов. К скарнам иногда бывают приурочены крупные месторождения полезных ископаемых – железа, вольфрама, свинца и цинка, меди и т.д. (гора Магнитная на Урале).

Автометаморфизм

Автометаморфизм – это изменение магматических пород, происходящие вслед за их кристаллизацией. Они вызываются газовыми эманациями и гидротермальными растворами, мигрирующими из магматического очага и формирующего интрузивного тела, в результате чего происходит переработка прежних минералов и образование новых. Миграция летучих компонентов обуславливает грейзенизацию, а горячих растворов – серпентизацию, каолинизацию и другие явления. Грейзены обычно представляют собой массивы гранитов, переработанных пневматолито-гидротермальными процессами. В состав их, кроме кварца и светлой слюды, часто входят топаз, флюорит, турмалин и другие минералы.

При контактовом метаморфизме (включая контактово-метасоматические и гидрометаморфические процессы) образуются следующие минералы: графит, пирит, халькопирит, галенит, сфалерит, молибденит, гематит, корунд и его разновидности (рубин, сапфир), магнетит, кварц, касситерит, вольфрамит, шеелит, кальцит, сидерит, апатит, полевые шпаты, авгит, роговая обманка, слюды, гранаты, топаз, турмалин, серпентин, асбест, эпидот, оливин, тальк, каолинит.

Региональный метаморфизм

Этот тип метаморфизма еще называется глубинным и охватывает огромные пространства. Он проявляется в совместном воздействии на горные породы высоких давлений и температур (в пределах 360-1000⁰С), магматических расплавов и постмагматических растворов. Территории развития регионального метаморфизма приурочены к участкам земной коры, прошедшим геосинклинальную стадию развития. Для этого вида метаморфизма характерно образование таких минералов, как кварц, полевые шпаты, слюда, гранаты, турмалин, роговая обманка, эпидот, корунд, апатит, хлорит, магнетит, графит, которые входят в состав образующихся в этих условиях различных метаморфических пород (гнейсы, кристаллические и метаморфические сланцы и т.д.).

При региональном метаморфизме образовавшиеся в экзогенных условиях богатые водой минералы переходят в безводные или бедные водой минералы. В результате регионального метаморфизма образуется ряд рудных минералов, иногда в промышленных количествах, например, железные руды в железистых кварцитах (Кривой Рог, Курская магнитная аномалия).

Динамометаморфизм

Протекает без участия магмы при низких температурах (до 300-400⁰С), но при высоком давлении. При этом виде метаморфизма происходят деформации, как сопровождаемые механическим дроблением зерен минералов, так и без него. Образуются минералы, обладающие листоватыми, столбчатыми и игольчатыми формами, ориентирующиеся перпендикулярно направлению давления; возникает сланцеватость горных пород. Характерные минералы зоны динамометаморфизма – эпидот, альбит, слюды, хлорит, гранаты, тальк, кварц и другие.

Необходимо иметь в виду, что при метаморфизме, помимо высоких температур и давлений, большую роль играют гидротермальные процессы. В последних принимают участие как ювенильные воды, выделяющиеся остывающими магмами, так и вадозные воды поверхностного происхождения. Вместе с тем ряд упоминавшихся выше минералов является типичным именно для метаморфизованных пород: амфиболы, пироксены, эпидот, гранаты, слюды, хлориты, графит, корунд, гематит, серпентин, асбест, тальк, каолинит. Часто содержание тех или иных минералов в метаморфической породе бывает настолько велико, что это отражается в ее названии, например, амфиболовые и пироксеновые гнейсы, биотит-слюдистые сланцы и другие.

Для всех процессов минералообразования (магматического, пегматитового, пневматолито-гидротермального, метаморфизма) характерно явление парагенезиса – природной ассоциации или совместного нахождения минералов в природе, обусловленное общностью процессов их образования при сходных геологических и физико-химических условиях. Явление парагенезиса отражает последовательность выделения кристаллических фаз сначала из магматического расплава, затем из пегматитового остатка и пневмалито-гидротермальных эманаций, а также при осаждения минералов из водных растворов.