G4021 Magmatická a metamorfní petrologie P-T-t dráhy v metamorfovaných horninách – interpretace a modely • Popis drah P-T -t •P-T CW (clockwise) - po směru hodinových ručiček = pohřbení, subdukce http://www.colorado.edu/GeolSci/Resources/WUSTectonics/CoreComplex/Crustalf.jpg C:\David\Skola\met\met\An Introduction to Metamorphism_files\con-conthumb.gif •CCW (counter-clockwise) - magmatic underplating - prográdní část dráhy acadianorogen http://web.uct.ac.za/depts/geolsci/hef/Metam/images/heat6a.gif http://web.uct.ac.za/depts/geolsci/hef/Metam/images/heat6c.gif http://web.uct.ac.za/depts/geolsci/hef/Metam/images/heat6b.gif C:\David\Skola\met\met\An Introduction to Metamorphism_files\con-conthumb.gif http://web.uct.ac.za/depts/geolsci/hef/Metam/images/heat2a.gif Model pro rychlost nasuvání 2 cm/rok http://web.uct.ac.za/depts/geolsci/hef/Metam/images/heat5a.gif http://web.uct.ac.za/depts/geolsci/hef/Metam/images/heat2b.gif http://web.uct.ac.za/depts/geolsci/hef/Metam/images/heat4.gif Termalní a strukturní model příkrovů po ukončení nasouvání C:\Book Stuff\Color Figures\Ch 25\Fig 25-12a.jpg •P-T-t draha (a) je typická pro orogenetická pásma kde dochází ke stluštění kontinentální kůry is (crustal thickening) •během nárůstu mocnosti kontinentální kůry roste tlak (vzrůst tlaku se v horninách projeví okamžitě (Pmax ), ale tepelný tok je pomalý proces a tak nějakou dobu trvá než dosáhne teplota maximálních hodnot) •v kontinentální kůře je hodně radioaktivních prvků a určité teplo také mohou dodávat magmatické horniny a proto postupně roste teplota hornin až na hodnotu (Tmax ) •Eroze způsobí že tloušťka kůry se brzy začne snižovat a tlak začne klesat •k poklesu tlaku dochází většinou dříve než hornina dosáhne rovnováhy s orogenetickou geotermou (proto většinou teplota roste i během poklesu tlaku) C:\Book Stuff\Color Figures\Ch 25\Fig 25-12b.jpg C:\Book Stuff\Color Figures\Ch 25\Fig 25-12c.jpg P-T-t draha (b) je typická pro magmatickou intruzi do malých hloubek •v první fázi nárůst a poté pokles teploty spojené s intruzí a chladnutím tělesa vyvřelých hornin, vše za relativně konstantního tlaku •často přechody mezi a-b (regionální kontaktní met.) P-T-t draha (c) proti směru hodinových ručiček “counterclockwise” •vyskytují se ve vysoce metamorfovaných rulách, které jsou produktem kontaktní metamorfózy spojené s intruzí většinou bazických hornin do spodní a střední kůry. • •P-T a vrcholné metamorfní podmínky - vysoce metamorfované horniny •pojmy prográdní a retrográdní spojeny s tektonickým procesem, nejen s T •A) Prográdní část dráhy: nebývá zachována – starší metamorfní procesy překryty vrcholnými PT podmínkami •B) Retrográdní část dráhy : •1) izotermální snížení tlaku neboli dekomprese (isothermal decompression - ITD): tektonické ztluštění kůry a následná erozní či tektonická exhumace •2) izobarické chladnutí (isobaric cooling - IBC) například horniny v kontaktním dvoře magmatických těles • •ITD ÞCW dráha P-T (ztluštění kůry) •IBC Þ magmatická tělesa, magmatická akrece na bázi kůry C:\David\Skola\METPEThotovo\sejmout0007.jpg C:\David\Skola\METPEThotovo\sejmout0005.jpg •Termochronologie = historie T-t (datování minerálů s různou TC ) • TC - teplota kdy přestává difuzní ztráta dceřinného prvku krystalu •rychlé chladnutí - odpovídá krystalizaci krystalu Časové zařazení metamorfózy http://comp1.geol.unibas.ch/~zanskar/CHAPITRE6/images6/fig614.gif http://www.earth.ox.ac.uk/~davewa/research/ttime1.gif fig4.jpg - 73173 Bytes Tektonické interpretace Dráhy PT = odraz souhry tektonických procesů a tepelného toku Metamorfóza - tektonicky aktivní pásma se zvýšeným tepelným tokem, i.e. aktivní kontinentální okraje (konvergentní, divergentní, mobilní, orogenní pásma) – velký rozsah Metamorfóza indikuje určité geotektonické prostředí. Simulace metamorfních událostí Na základě zjištěných PTt dat se tvoří model Modely vychází z numerického modelování nebo z experimentů Termální a mechanické modely umožňující sledovat veličiny, které kontrolují metamorfózu: procesy jako zanoření (burial) a zdvih (exhumation) rychlé - silně ovlivní tepelnou strukturu zemské kůry •Důležité údaje •(1) Teplotu > 800°C nemůžeme v kůře dosáhnout bez tepelného zdroje (magma). •(2) Při vzniku příkrovů je možné pozorovat rozdílnou P-T-časovou dráhu pro spodní a svrchní příkrov. •(3) Délka trvání regionální metamorfózy se počítá na desítky miliónů let zatímco kontaktní metamorfóza 10000 let. •1) Porušení tepelné a geologické struktury kůry • •(a) Subdukce studené oceánské desky pod oc/kont ® stlačené geotermy •(b) Ztluštění kůry (kontinentální) – násuny homogenní ztluštění kůry •(c) Ztenčení kůry - extenzí (intrakontinentální rifting), gravitační skluz příkrovů •(d) Vrásnění •(e) Intruze magmatu • C:\David\Skola\met\tekt\A Simple Wilson Cycle_files\wilssimp3.gif • 2) Relaxace tepelného porušení směrem ke stálému stavu (steady state) •po skončení tektonického procesu • 3) Změna hloubky horniny v důsledku zdvihu a eroze nebo tektonického ztenčování •ztluštělá kůra je isostaticky nestabilní (není v isostatické rovnováze) •Þ zdvih a eroze (pohoří geomorf. nestabilní) eroze Þ denudace/odstranění nadložních hornin Þ exhumace hornin •Model ET84 – eroze 0.29mm/rok •Þ tektonické ztenčování – svrchní kůra – gravitační skluzy či poklesy (low-angle) • střední a spodní kůra – duktilní střižná deformace. • Model ET86 – tektonické ztenčování 1mm/rok • •změna mocnosti kůry • – hornina se „vrací“ od relaxované geotermy ke stálé • - snížení tlaku a pohyb horniny blíže k povrchu - chladnutí •Rychlost výstupu hornin a tvar retrográdní dráhy P-T • •Zachování minerálních asociací z P-Tmax •podmíněno rychlým transportem horniny, ne výměna tepla s okolím, rychlé zchlazení Þ původní minerální asociace zachovány až k povrchu •pomalá rychlost transportu, výměna tepla s okolím Þ reekvilibrace minerální asociace v transportovaném bloku, zanikají informace o původní metamorfóze • C:\David\Skola\METPEThotovo\prez2.jpg C:\David\presentaceNOV\prez1.jpg Faktory kontrolující metamorfní dráhy P-T • procesy tektonické i sedimentární (mocné sedimentární sekvence, eroze) • přenos hmoty a tepla během vývoje orogenních zón C:\David\Skola\METPEThotovo\sejmout0008.jpg D:\PC\NovCD\Html\fig520.gif Příklad D:\PC\NovCD\Html\Fig522.gif D:\PC\NovCD\Html\fig512.jpg D:\PC\NovCD\Html\fig515.jpg D:\PC\NovCD\Html\fig516.jpg D:\PC\NovCD\Html\Fig522.gif D:\PC\NovCD\Html\fig525.jpg D:\PC\NovCD\Html\fig526.jpg D:\PC\NovCD\Html\fig524.jpg D:\PC\NovCD\Html\fig517.jpg Modely http://www.geol.ucsb.edu/faculty/hacker/geo102C/lectures/faciesTectonics.jpg http://www.geol.ucsb.edu/faculty/hacker/geo102C/lectures/islandArc.jpg •1) Subdukce A:\Regional Metamorphism_soubory\sanbagawa.gif sub-zone.tiff 00063D31BigMac ABA78158: http://www.geol.ucsb.edu/faculty/hacker/geo102C/lectures/Nankai.jpg http://www.geol.ucsb.edu/faculty/hacker/geo102C/lectures/szDevolat.jpg Literatura •Dudek, A. - Fediuk F. - Palivcová M. (1962): Petografické tabulky •Hejtman, B. (1962): Petrografie metamorfovaných hornin •Konopásek, J. – Štípská P. – Klápová H. – Schulmann K . (1998): Metamorfní petrologie •Naprostá většina obrazového materiálu pochází z celé řady internetových stránek věnujících se metamorfní petrologii