Гранулиты — это класс высокосортных метаморфических пород гранулитовой фации , которые испытали метаморфизм при высоких температурах и умеренном давлении . Они средне- или крупнозернистые и в основном состоят из полевых шпатов, иногда связанных с кварцем и безводными ферромагнезиальными минералами , с гранобластовой текстурой и гнейсовой или массивной структурой. [1] Они представляют особый интерес для геологов, поскольку многие гранулиты представляют собой образцы глубокой континентальной коры . Некоторые гранулиты испытали декомпрессию из глубины Земли в более мелкие уровни земной коры при высокой температуре; другие остыли, оставаясь на глубине в Земле.
Минералы, присутствующие в гранулите, будут различаться в зависимости от материнской породы гранулита и условий температуры и давления, испытываемых во время метаморфизма. Обычный тип гранулита, обнаруженный в высокосортных метаморфических породах континентов, содержит пироксен , плагиоклазовый полевой шпат и акцессорный гранат , оксиды и, возможно, амфиболы . Могут присутствовать как клинопироксен , так и ортопироксен , и фактически, сосуществование клино- и ортопироксена в метабазите (метаморфизованном базальте) определяет гранулитовую фацию.
Гранулит может быть визуально совершенно различимым с обильными мелкими розовыми или красными гранатами пиральспита в «зернистой» полнокристаллической матрице. Концентрации гранатов, слюд или амфиболов могут образовываться вдоль линейного рисунка, напоминающего гнейсовую или мигматитовую полосчатость.
Гранулиты образуются на глубинах земной коры, как правило, во время регионального метаморфизма при высоких температурных градиентах более 30 °C/км. [2] В континентальных коровых породах биотит может распадаться при высоких температурах с образованием ортопироксена + калиевого полевого шпата + воды, образуя гранулит. Другие возможные минералы, образующиеся в условиях дегидратационного плавления, включают сапфирин, шпинель, силлиманит и осумилит. Некоторые ассоциации, такие как сапфирин + кварц, указывают на очень высокие температуры, превышающие 900 °C. Некоторые гранулиты могут представлять собой остатки частичного плавления при извлечении фельзитовых расплавов в различных количествах, а в крайних случаях представляют собой породы, все составляющие минералы которых являются безводными и, таким образом, выглядят так, как будто они не расплавились в условиях сверхвысокой температуры. Поэтому для образования минеральных ассоциаций гранулитовой фации необходимы даже очень высокие температуры от 900 до 1150 °C. Такие высокие температуры на глубине земной коры могут быть созданы только за счет подъема астеносферной мантии в условиях континентального рифтинга, что может вызвать региональный метаморфизм при высоких термических градиентах, превышающих 30 °C/км.
Гранулитовая фация определяется нижней температурной границей 700 ± 50 °C и диапазоном давлений 2–15 кбар. Наиболее распространенная минеральная ассоциация гранулитовой фации состоит из антипертитового плагиоклаза , щелочного полевого шпата, содержащего до 50% альбита и пироксенов , богатых Al2O3 .
Переход между амфиболитовой и гранулитовой фациями определяется следующими изоградами реакции :
Субфация роговообманковых гранулитов является переходной областью сосуществования безводных и гидратированных железисто-магнезиальных минералов, поэтому указанные изограды маркируют границу с субфацией пироксеновых гранулитов – фацией с полностью безводными минеральными ассоциациями. [1]
Гранулит ( лат. granulum , «маленькое зерно») — название, используемое петрографами для обозначения двух различных классов горных пород . Согласно терминологии французской школы, оно обозначает гранит , в котором встречаются оба вида слюды ( мусковит и биотит), и соответствует немецкому Granit или английскому muscovite biotite granite. Это применение не было общепринятым. [ Это гранитное значение гранулита в настоящее время устарело. ] [3] Для немецких петрологов гранулит означает более или менее полосчатую мелкозернистую метаморфическую породу , состоящую в основном из кварца и полевого шпата в очень мелких неправильных кристаллах и обычно также содержащую значительное количество мелких, округлых, бледно-красных гранатов . Среди английских и американских геологов этот термин обычно используется в этом смысле. [4]
Гранулиты очень близки к гнейсам , поскольку состоят почти из тех же минералов, но они более мелкозернистые, обычно имеют менее совершенную слоистость, чаще гранатоносные и имеют некоторые особые черты микроскопической структуры. В породах этой группы минералы, как видно на микроскопическом слайде, встречаются в виде небольших округлых зерен, образующих плотно прилегающую мозаику. Отдельные кристаллы никогда не имеют идеальной формы, и следы ее действительно редки. В некоторых гранулитах они сцепляются, с неровными границами; в других они были вытянуты и сплющены в сужающиеся линзы путем дробления. В большинстве случаев они несколько округлые с более мелкими зернами между более крупными. Это особенно верно для кварца и полевого шпата, которые являются преобладающими минералами; слюда всегда появляется в виде плоских чешуек (неправильных или округлых, но не шестиугольных). Как мусковит, так и биотит могут присутствовать и значительно различаться по обилию; очень часто их плоские стороны параллельны, и они придают породе рудиментарную сланцеватость , и они могут быть объединены в полосы, в этом случае гранулиты неотличимы от определенных разновидностей гнейса. Гранаты, как правило, крупнее вышеупомянутых ингредиентов и легко видны глазом как розовые пятна на сломанных поверхностях породы. Они обычно заполнены заключенными зернами других минералов. [4]
Полевой шпат гранулитов в основном ортоклаз или криптопертит; микроклин, олигоклаз и альбит также обычны. Основные полевые шпаты встречаются лишь изредка. Среди акцессорных минералов, в дополнение к апатиту , циркону и оксидам железа , можно упомянуть следующие: роговая обманка (нечасто), рибекит (редко), эпидот и цоизит , кальцит , сфен , андалузит , силлиманит , кианит , герцинит (зеленая шпинель), рутил , ортит и турмалин . Хотя иногда мы можем найти более крупные зерна полевого шпата, кварца или эпидота, для этих пород более характерно то, что все минералы находятся в мелких, почти однородных, несовершенно сформированных индивидуумах. [4]
Ввиду мельчайших подробностей, с которыми он был описан, и важных споров по вопросам теоретической геологии, которые возникли в связи с ним, гранулитовый район Саксонии ( в районе Россвайна и Пенига) в Германии можно считать типичным регионом для пород этой группы. Следует помнить, что хотя гранулиты, вероятно, являются наиболее распространенными породами этой страны, они смешаны с гранитами, гнейсами, габбро , амфиболитами , слюдяными сланцами и многими другими петрографическими типами. Все эти породы показывают более или менее метаморфизм либо термического характера, либо из-за давления и дробления. Граниты переходят в гнейс и гранулит; габбро в флазерное габбро и амфиболит; сланцы часто содержат андалузит или хиастолит и показывают переходы в слюдяные сланцы. Одно время эти породы считались архейскими гнейсами особого типа. Иоганнес Георг Леманн выдвинул гипотезу, что их нынешнее состояние обусловлено главным образом дроблением, действующим на них в твердом состоянии, измельчающим их и разрушающим их минералы, в то время как давление, которому они подвергались, сваривало их вместе в связную породу. Однако теперь считается, что они сравнительно недавние и включают осадочные породы , частично палеозойского возраста, и интрузивные массы, которые могут быть почти массивными или иметь гнейсовидную, флейзерную или гранулитовую структуру. Они были разработаны в основном путем инъекции полуконсолидированных высоковязких интрузий , и разновидности текстуры являются оригинальными или были созданы очень скоро после кристаллизации пород. Между тем, однако, защита Леманна постконсолидационного дробления как фактора в развитии гранулитов была настолько успешной, что термины гранулитизация и гранулитовые структуры широко используются для обозначения результатов динамометаморфизма, действующего на породы в период, долгое время после их затвердевания. [4]
Саксонские гранулиты, по-видимому, в основном магматические и по составу соответствуют гранитам и порфирам . Однако существует много гранулитов, которые, несомненно, изначально были осадками ( аркозы , гравий и песчаники ). Большая часть высокогорий Шотландии состоит из парагранулитов этого типа, которые получили групповое название гнейсов Мойна. [4]
Наряду с типичными кислыми гранулитами, описанными выше, в Саксонии, Индии , Шотландии и других странах встречаются темноокрашенные основные гранулиты (траповые гранулиты). Это мелкозернистые породы, обычно не полосчатые, почти черного цвета с небольшими красными пятнами граната. Их основные минералы - пироксен, плагиоклаз и гранат: по химическому составу они напоминают габбро. Зеленый авгит и гиперстен составляют значительную часть этих пород, они могут содержать также биотит, роговую обманку и кварц. Вокруг гранатов часто наблюдается радиальная группировка мелких зерен пироксена и роговой обманки в прозрачной матрице полевого шпата: эти центрические структуры часто встречаются в гранулитах. Породы этой группы сопровождают габбро и серпентин , но точные условия, при которых они образуются, и значение их структур не очень ясно поняты. [4]
Медиа, связанные с Гранулитом на Wikimedia Commons