Метаморфические породы, рожденные теплом и давлением

Породы, возникшие в результате термального метаморфизма, поясами окружают бывшие внедрения раскаленной магмы и не занимают сколько-нибудь больших площадей. С точки зрения масштабности процесса термальный метаморфизм можно назвать локальным.

Значительно шире распространены метаморфические породы, возникшие при преобразовании горных пород в опущенных участках земной коры под влиянием тепла и давления. Такие породы распространяются на сотни, а то и на тысячи километров, охватывая большие площади или регионы. Поэтому изменения горных пород, вызванные одновременным влиянием тепла и давления, называют региональным метаморфизмом.

Проследим этот процесс на примере осадочных пород. Отложившийся на дне моря илистый осадок состоит из мельчайших частичек глинистых минералов (каолинита, монтмориллонита, гидрослюды и др.), пропитанных водой. Слеживаясь и уплотняясь, он переходит в глину. Предположим, что глина окажется на глубине одного километра. Условия здесь иные. Прежде всего усилится давление, достигнув 300 кг на 1 см²; увеличится и температура, примерно на 30°. Этих изменений уже достаточно для того, чтобы из глины стала уходить вода. На чинается превращение глинистых минералов в маловодные алюмосиликаты - гидрослюды, хлориты и др. Пластичная глина переходит в аргиллит - окаменевшую глину.

Давление, под влиянием которого ил уплотнился и перешел в глину и аргиллит, обусловлено весом вышележащих пород. В местах, где пласты смяты в складки, к нему еще добавляется боковое давление. Оно всегда направлено в определенную сторону, поэтому его также называют ориентированным давлением. В подвижных участках земной коры, где сильнее всего проявляется метаморфизм, "работают" оба давления. Глины превращаются в такие широко распространенные горные породы, как глинистые сланцы. Ими сложены, например, хребты Центрального Кавказа и Горного Крыма.

Превращение в глинистый сланец - только первый этап метаморфизма глинистых пород. Следующий ряд изменений наступит тогда, когда глинистые сланцы опустятся еще глубже, скажем, на 5-10 км, а окружающая температура повысится на несколько сот градусов. В новой обстановке глинистые сланцы испытают коренные изменения; они перекристаллизуются в твердом состоянии при участии растворов, пропитывающих породу. Химические элементы, входящие в глинистый сланец, - кремний, алюминий, железо, кальций, магний, натрий и калий, - группируясь в новых условиях, образуют вместо первоначальных низкотемпературных минералов высокотемпературные. Сначала возникают белая и черная слюда, кордиерит, затем полевые шпаты, амфиболы, пироксены и др.

Так образуются метаморфические породы, в которых, как правило, не сохраняются следы их прошлого. В бесполевошпатовых породах хорошо выражена способность при ударе раскалываться на пластинки и плиточки (эта способность называется сланцеватостью), поэтому такие горные породы именуют кристаллическими сланцами. Породам с полевыми шпатами свойственна полосчатость. Такие породы называют гнейсами.

При метаморфизме неглинистых пород образуются другие минералы, но возникшие метаморфические породы будут также сланцеватыми или гнейсо-видными. Если же исходная порода состоит из одного минерала, при метаморфизме ее минеральный состав не меняется, но строение преобразуется коренным образом. Кремнистые породы и кварцевые песчаники превращаются в кварциты, а примесь глинистого материала дает слюду. Межзерновые растворы при высокой температуре активизируются, частично растворяют кварцевые песчинки и тотчас отлагают кремнезем, образуя крупные зерна кварца, тесно примыкающие друг к другу. Все зерна перекристаллизовываются одновременно, "теснят" друг друга, поэтому форма зерен неправильная, они соприкасаются между собой по неровным зубчатым контурам.

В очень красивом малинового цвета кварците из поселка Шокша в Карелии под микроскопом видно, что порода состоит из круглых зерен кварца и редко встречающихся зерен полевого шпата, окруженных тонкой "рубашкой" окислов железа. Именно железо и придало породе красную окраску. Другая интересная особенность шокшинского кварцита состоит в том, что круглые зерна кварца намертво скреплены зубчатыми и лапчатыми языками кварцевого цемента. Вот отчего у шокшинских кварцитов такая исключительная прочность.

Мрамор - метаморфическая порода, образовавшаяся путем перекристаллизации известняка. При этом мелкие зерна, перекристаллизовываясь в крупные, попутно очистились от примеси глинистого материала, превратившегося в слюду.

При метаморфизме взаимодействуют не только минералы породы, но и различные горные породы друг с другом. Известно немало примеров контактово-реакционных явлений, когда при метаморфизме смежные породы влияли друг на друга. Онотское месторождение талька в Восточном Саяне образовалось в результате взаимодействия пластов магнезита и амфиболита. На контакте двух пород при деформации возникли трещины, по которым двигались метаморфизующие растворы. Они заполняли поры и трещинки, переводя в раствор часть химических элементов из окружающих горных пород. Раствор, пропитывающий магнезит, был богат магнием, насыщавший амфиболит - кремнием. Встречаясь, растворы вступали в реакцию, образовав на границе магнезита и амфиболита скопление чистейшего безжелезистого талька.

Большую роль в жизни первобытного человека сыграли скопления метаморфического минерала нефрита. Обычно он встречается в виде глыб, валунов и галек во вторичном залегании. Минералог о нефрите скажет, что это плотный агрегат волокнистого амфибола актинолита или тремолита. Любопытно, что ни актинолит, ни тремолит не относятся к очень твердым минералам и в этом отношении заметно уступают такому распространенному минералу, как кварц, но спутанно-волокнистый агрегат их кристаллов, своим строением очень похожий на войлок, обладает исключительной прочностью. Чтобы раздробить нефрит, нужно приложить усилия примерно в три раза больше, чем для разрушения такой очень крепкой горной породы, как гранит.

Замечательная прочность нефрита была известна еще в далекой древности и сделала его необходимым материалом для первобытного человека. Нефритовые ножи и наконечники для стрел, топоры, молотки и другие орудия человека каменного века найдены при раскопках свайных домов швейцарских озер, на побережье Байкала, в древних постройках Микен, на далеких островах Карибского моря, у маори Новой Зеландии и в ряде других мест. В то далекое время нефрита было мало и изделия из него передавались из поколения в поколение и служили веками.

Позже нефрит из материала для грубых орудий первобытного человека стал материалом для художественных работ. Больше всего в этом преуспели индийские и китайские камнерезы, воплотившие великолепные творческие замыслы в нефрите.

Позднее нефрит стал излюбленным материалом и в европейском камнерезном искусстве, из него были созданы изящные изделия, ставшие предметом всеобщего восхищения на всемирных выставках XIX и XX вв.

В одной из витрин Эрмитажа выставлен тонкостенный, словно яичная скорлупа, темно-зеленый флакон для духов, покачивающийся на двух цепочках. Трудно себе представить, что эта ажурная вещичка вырезана из прочнейшего нефрита - именно из той горной породы, глыбу которой пытались расколоть под прессом на одном из заводов немецкого стального короля Круппа. Первая попытка разбить глыбу нефрита завершилась так: стальная наковальня раздробилась на куски, а нефрит... остался целым!

Нефрит в массе непрозрачен, но в тонких пластинках просвечивает. Чаще всего нефритовые глыбы и гальки окрашены в желтовато-зеленый цвет увядшей травы, но встречаются и других цветов - молочно-белые, серые, темно-зеленые и даже черно-зеленые, почти черные. Красочно о цветовой гамме нефрита пишет китайский историк: "Пять цветов у него - белый, как баранье сало или сливки, желтый, как каштаны, сваренные в кипящей воде, черный, как вакса или лак, красный, как гребень петуха или помада для губ; но самым разнообразным является ию (нефрит. - В..Л) зеленый, а самым дорогим - серый, цвета плевка"^*.

^* (Ферсман А. Е. Очерки по истории камня. Т. I. M., Изд-во АН СССР, 1954, с. 252.)

Нефрит образовался путем изменения ультраосновных пород на контакте с основными под влиянием поднимавшихся горячих растворов. Как правило, месторождения встречаются в высоких и труднодоступных горах, поэтому издавна предпочитают разрабатывать глыбы и валуны нефрита в речных долинах, где они находятся во вторичном залегании. В результате выветривания от месторождения отделялись глыбы и скатывались вниз.

Во всем мире месторождений нефрита мало. Это обстоятельство связано с особенностями образования и с тем, что он слагает мелкие выходы, при беглом осмотре обычно замечаемые.

Старинными центрами добычи нефрита на Востоке были города Хотан и Яркенд в предгорьях одного из самых грандиозных горных сооружений мира - хребта Кунь-Лунь. В XIX в. отважные путешественники Рихтгофен, Громбачевский, Богданович и другие с риском для жизни поднялись на дикие вершины Кунь-Луня и получили точные данные о месторождениях китайского нефрита.

Первые сведения о сибирском нефрите появились в 20-х годах прошлого века. В 50-е годы энтузиаст камня горный инженер Г. М. Пермикин отправился на поиски камня в Саянские горы. По бурным рекам Оноту, Урику, Хороку, Оспа и другим, стекающим с высоких гольцов (гор, лишенных растительности), он обнаружил валуны нефрита. Следовательно, в верховьях рек должны были находиться коренные месторождения. Но долгое время найти их не удавалось. И только после многолетних поисков и странствий, порой в невероятно трудных условиях и с опасностью для жизни, Г. М. Пермикин обнаружил первое коренное месторождение нефрита в верховьях ручья Сахан-гор. В результате одной из экспедиций он вывез 150 пудов (2400 кг) нефрита, причем 12 крупных валунов весили 75 пудов. Кроме них был гигант - его масса измерялась 50 пудами! Глыба оказалась настолько неудобной для перевозки, что ее не довезли до Иркутска и оставили на Московском тракте. Восемь тонн саянского великолепного поделочного нефрита поступило на Петергофскую гранильную фабрику. После искусной обработки камнерезами в тонких пластинках, абажурах и колпачках на лампах проступил великолепный сочный зеленый тон с прелестным узором из жилок, складочек и пятен.

Ныне саянский нефрит широко используется для изготовления перстней, запонок, кулонов и других ювелирных изделий.

На глубинах не менее 40-50 км образовалась чрезвычайно своеобразная метаморфическая порода - эклогит. Она довольно редко встречается на земной поверхности. У нас эклогит известен на Полярном Урале вблизи Байдарацкой губы, на Южном Урале, в Казахстане, за рубежом - в Польше, ФРГ, штате Калифорния в США и в некоторых других странах.

Несмотря на небольшое распространение эклогитов на поверхности Земли, многие геологи, занимающиеся изучением состава и строения глубинных частей планеты, придают им большое значение. Они считают, что масса эклогитов не только возрастает в земной коре с глубиной, но что ими сложена нижняя часть земной коры и подстилающая ее верхняя мантия, по крайней мере под материками.

Типичный эклогит - темная мелко- или среднезернистая порода, состоящая из особой разновидности пироксена-омфацита и граната. Химический состав эклогита и габбро одинаков, но они различаются по минеральному составу, в эклогите вместо плагиоклаза появился гранат.

Разгадка образования эклогита выяснилась после опытов с кристаллизацией расплавленного базальта под большим давлением. Оказалось, что из расплава базальта под давлением в несколько тысяч атмосфер вместо плагиоклаза образуется гранат. Это значит, что базальтовый материал в недрах Земли на глубине в несколько десятков километров неустойчив и метаморфизуется с распадом плагиоклаза и образованием граната. Так возникла гипотеза об эклогитовом составе нижней части земной коры и верхней части мантии Земли.