변성 작용

Metamorphism
다른 용도는 변성(동음이의 설명)을 참조하십시오.
변성 반응의 도식적 표현.미네랄의 약어: act = actinolite, chl = 염소산염, ep = 표고, gt = 가넷, hbl = 뿔블렌드, 사장 = pragioclase.그림에서 나타내는 두 개의 광물은 반응에 참여하지 않으며, 석영과 K-장석일 수 있다.이 반응은 자연에서 암석이 양서류에서 녹색으로 변할 때 일어난다.
노르웨이 살랑겐의 가넷 마이카 편광된 얇은 단면 이미지에서 편광의 강한 변형 직물을 볼 수 있습니다.검은색(등방성) 결정은 가넷, 분홍색-오렌지-노란색 가닥은 모스코바이트 운모, 갈색 결정은 비오타이트 운모입니다.회색과 흰색의 결정은 석영과 (한정된) 장석입니다.

변성 작용은 기존의 암석(원형석)을 다른 광물 성분이나 질감을 가진 암석으로 바꾸는 것이다.변성 작용은 150 ~ 200 °C(300 ~ 400 °F) 이상의 온도에서 일어나며, 종종 압력 상승 또는 화학 활성 유체가 존재하는 경우에도 발생하지만,[1] 암석은 변환 중에 대부분 고체 상태로 유지됩니다.변성 작용은 풍화 작용이나 지구 [2]표면 바로 아래에서 일어나는 변화인 디아제네시스와는 구별된다.

국소, 접촉, 열수, 충격, 동적 변성 등 다양한 형태의 변성 작용이 존재한다.이러한 특성은 발생하는 온도, 압력 및 속도와 반응성 유체가 관여하는 정도에 따라 달라집니다.압력 및 온도 조건이 증가할 때 발생하는 변성작용을 순행변성작용이라고 하며, 온도 및 압력이 감소하면 역행변성작용이 특징입니다.

변성암석학은 변성학의 연구이다.변성 암석학자들은 변성 과정을 이해하기 위해 통계 역학과 실험 암석학에 크게 의존한다.

변성 과정

(왼쪽) 변성 전 암석 중 무작위로 배향된 알갱이. (오른쪽) 변성 시 암석에 응력이 가해지면 직교하는 알갱이

변성 작용은 기존의 암석이 실제로 녹지 않고 높은 온도에서 물리적 또는 화학적으로 변형되는 일련의 과정이다.변성암의 형성에 있어서 열의 중요성은 종종 현대 지질학의 아버지로 묘사되는 선구적인 스코틀랜드 박물학자 제임스 허튼에 의해 처음 인식되었다.허튼은 1795년에 스코틀랜드 고지대의 일부 암반들은 원래 퇴적암이었지만 엄청난 열에 [3]의해 변형되었다고 썼다.

Hutton은 또한 압력이 변성 작용에서 중요하다고 추측했다.이 가설은 그의 친구인 James Hall에 의해 실험되었는데, 그는 분필을 대포통으로 만든 임시 압력 용기에 밀봉하고 철 주조 공장 용해로에서 가열했습니다.홀은 이것이 야외에서 분필을 가열함으로써 만들어지는 일반적인 생석회가 아니라 대리석과 매우 흡사한 물질을 만들어 낸다는 것을 발견했다.프랑스 지질학자들은 이후 암석을 통해 액체가 순환하는 메타소머티즘을 변성작용을 일으키는 과정 목록에 추가했다.그러나 변성 작용은 메타소머티즘(등화학적 변성 작용) 없이 또는 압력이 상대적으로 낮은 수심 수백 미터에서 발생할 수 있습니다(예: 접촉 변성 작용).[3]

암석은 열이 원자 결합을 깨게 하고 원자들이 움직이고 다른 원자들과 새로운 결합을 형성하기 때문에 녹지 않고 변형될 수 있다.미네랄 알갱이 사이에 존재하는 기공액은 [4]원자가 교환되는 중요한 매체이다.이를 통해 기존 광물의 재결정화 또는 다른 결정 구조 또는 화학적 조성을 가진 새로운 광물의 결정화(신결정화)[1]가 가능하다.이 변환은 변성이 [5][6]일어나는 압력과 온도 조건 하에서 프로토리스에 있는 광물들을 더 안정적인 형태로 변환합니다.

변성 작용은 일반적으로 100 ~ 200 °C(212 ~ 392 °F)의 온도에서 시작되는 것으로 간주된다.이것은 퇴적암의 [7]형성을 초래하는 압축과 석화로 인한 약유전학적 변화는 제외한다.변성 조건의 상한선은 바위가 녹기 시작하는 온도인 바위의 고체에 있다.이 시점에서 프로세스는 화성 프로세스가 [8]됩니다.고체 온도는 바위의 성분, 압력, 그리고 바위가 물로 포화되었는지 여부에 따라 달라집니다.일반적인 솔리더스 온도는 수백 메가파스칼(Mpa) 압력의[9] 습식 화강암의 경우 650°C(1,202°F)에서 대기 압력의 [10]습식 현무암은 약 1,080°C(1,980°F)까지 다양하다.미그마타이트는 이 상한에서 형성된 암석으로, 녹기 시작했지만 내화물 [11]잔여물에서 완전히 분리되지 않은 물질의 꼬투리와 정맥을 포함합니다.

변성 과정은 표면 압력(접촉 변성용)에서 16kbar(1500Mpa)[12]를 초과하는 압력까지 거의 모든 압력에서 발생할 수 있습니다.

재결정

고운 질감의 현무암 핸드 샘플
거친 질감을 보이는 현무암의 변성에 의해 형성된 수륙양용석

변성 과정 동안 암석의 입자 크기와 방향의 변화를 재결정화라고 한다.예를 들어, 퇴적암에 있는 작은 석회암 결정과 분필은 변성암 [13]대리석에서 더 큰 결정으로 변한다.변성 사암에서 원래 석영 모래 입자의 재결정화는 메타 석영이라고도 하는 매우 콤팩트한 석영암을 생성하며, 이 경우 종종 더 큰 석영 결정이 [14]맞물리게 됩니다.고온과 압력 모두 재결정의 원인이 됩니다.고온은 고체 결정의 원자와 이온을 이동시켜 결정을 재구성하는 반면, 고압은 암석 내 결정의 접촉점(압력 용액)과 모공 [15]공간의 재증착을 일으킨다.

재결정 중에 광물의 정체성은 변하지 않고 질감만 변한다.재결정화는 일반적으로 온도가 켈빈 눈금의 [16]광물질 녹는점의 절반 이상에 도달하면 시작됩니다.

압력 용액은 디아제네시스(퇴적암으로 퇴적물이 석화하는 과정) 중에 시작되지만, 변성 작용의 초기 단계에서 완성됩니다.사암 원석은 변형과 디아제네시스의 구분선을 변형되지 않은 새로운 작은 석영 입자로 대체되기 시작하는 지점에 배치하여 편광 현미경으로 얇은 단면에서 식별할 수 있는 모르타르 질감을 생성할 수 있다.변성 등급이 높아짐에 따라, 추가적인 재결정화는 3중 접합부에서 다각형 입자가 만나는 것이 특징인 발포 텍스처를 생성하고, 그 후 일부 큰 입자를 포함한 거칠고 불규칙한 입자로 특징지어지는 포르피로아플라스트 텍스처를 생성합니다.[17]

마일로나이트(석유현미경 사용)

변성암은 전형적으로 그들이 형성된 원형석보다 더 거칠게 결정되어 있다.결정 내부의 원자는 인접한 원자의 안정된 배열로 둘러싸여 있다.이것은 결정의 표면에서 부분적으로 누락되어 표면을 열역학적으로 불안정하게 만드는 표면 에너지를 생성한다.거친 결정으로 재결정화하면 표면적이 줄어들기 때문에 [18]표면 에너지가 최소화됩니다.

곡립의 조화가 변성작용의 일반적인 결과이긴 하지만, 심하게 변형된 암석은 마일로나이트라고 불리는 미세한 암석으로 재결정됨으로써 변형 에너지를 제거할 수 있습니다.석영, 탄산염 광물 또는 감람석이 풍부한 것과 같은 특정 종류의 암석은 특히 미로나이트를 형성하기 쉬운 반면 장석과 가넷은 미로나이트화에 [19]강하다.

상변화

AlSiO25 위상도
(네소규산염)

상변화 변성 작용은 원석의 광물과 동일한 화학식을 가진 새로운 광물을 만드는 것이다.이것은 결정의 원자의 재배열을 수반한다.예를 들어 알루미늄 규산염 광물, 카나이트, 안달루사이트 및 카나이트를 들 수 있습니다.셋 다 같은 구성을 가지고 있어요AlSiO25. Kyanite는 표면 조건에서도 안정적입니다.그러나 대기압에서는 약 190°C(374°F)의 온도에서 카나이트가 안달루사이트로 변환됩니다.안달루사이트는 온도가 약 800°C(1,470°F)에 이르면 실리마나이트로 변환됩니다.약 4kbar(400Mpa) 이상의 압력에서는 온도가 [20]상승함에 따라 키야나이트가 실리마이트로 직접 변환됩니다.높은 압력과 비교적 [21]낮은 온도에서 아라고나이트로 변환되는 아라고나이트와 아라고나이트 사이에 유사한 상변화가 종종 나타난다.

신결정화

신결정화는 원형석과는 다른 새로운 광물 결정의 생성을 수반한다.화학반응은 새로운 광물을 생산하는 원석의 광물을 소화시킨다.이것은 또한 [22]고체 결정을 통해 원자의 확산을 수반할 수 있기 때문에 매우 느린 과정이다.

신결정화 반응의 예로는 높은 압력 및 온도에서 페야라이트와 사장석을 반응시켜 가넷을 형성하는 것이 있다.반응은 다음과 같습니다.[23]

fayalite3 FeSiO
2
4 + pragioclaseCaAlSiO
2
2
8 → garnet2 CaFeAlSiO
2
2
3
12

(반응 1)

많은 복잡한 고온 반응은 광물이 녹지 않고 광물 사이에서 일어날 수 있으며, 생성된 각 광물 집합체는 변성 시 온도와 압력에 대한 단서를 제공합니다.이러한 반응은 높은 온도에서 원자가 빠르게 확산되기 때문에 가능하다.미네랄 알갱이 사이의 기공 유체는 원자가 [4]교환되는 중요한 매개체가 될 수 있다.

신결정화 반응의 특히 중요한 그룹은 물과 이산화탄소와 같은 휘발성을 방출하는 반응이다.현무암이 침강 지대에서 에클로자이트로 변성되는 동안, 수성 광물이 분해되어 많은 양의 [24]물을 생성한다.물은 맨틀 위에 있는 맨틀로 올라가고, 맨틀 바위의 녹는 온도를 낮춰 플럭스 용융을 [25]통해 마그마를 생성한다.맨틀에서 유래한 마그마는 궁극적으로 지구 표면에 도달하여 화산 폭발을 일으킬 수 있다.그 결과로 생긴 아크 화산은 위험한 폭발을 일으키는 경향이 있는데, 높은 수분 함량이 아크 화산을 극도로 [26]폭발시키기 때문이다.

수분을 방출하는 탈수 반응의 예는 다음과 같습니다.[27]

hornblende7CaMgAlSiO234622(OH)+2쿼츠1010SiO2→쿠밍토나이트3MgSiO7822(OH)+2아노르사이트14CaAlSiO228+물4호2

(반응 2)

머스코바이트2KAl2(AlSiO310)(OH)2 + 석영2SiO2 → 실리마나이트2AlSiO25 + 칼륨 장석2KAlSiO38 + 물 2호2

(반응 3)

탈탄산화 반응의 예는 다음과 같습니다.[28]

칼사이트CaCO3 + 석영2 SiO → WollastoniteCaSiO3 + 이산화탄소CO2

(반응 4)

소성 변형

플라스틱 변형 압력은 프로톤에 가해져 프로톤이 절단되거나 구부러지지만 파손되지는 않습니다.이러한 현상이 일어나려면 온도가 부서지기 쉬운 균열이 발생하지 않을 정도로 높아야 하지만 결정의 확산이 [22]일어날 정도로 높아서는 안 됩니다.압력용액과 마찬가지로 소성변형의 초기 단계는 디아제네시스 [29]중에 시작됩니다.

종류들

지방의

지역 변성 작용은 [30]지각의 전체 영역에 영향을 미치는 변성 작용의 총칭이다.그것은 종종 조산대(산맥 건설이 [31]일어나고 있는 지역)에서 일어나는 동적 열 변성작용을 언급하지만, 단순히 바위가 가라앉은 [32][33]분지에 지구 표면 아래 깊은 곳까지 파묻혀서 생기는 매장 변성작용도 포함한다.

동적 온도

스페인 레리다의 발데카르도에 있는 바리스칸 조산기에 변형된 변성암

많은 지질학자들에게 국지적 변성 작용은 실질적으로 동열 [30]변성 작용과 동의어이다.이러한 형태의 변성작용은 두 대륙판 또는 대륙판과 섬호가 충돌하는 수렴판 경계에서 일어납니다.충돌 지대는 조산이라고 불리는 산의 형성대가 된다.조생대는 지각이 두꺼워지는 것이 특징이며, 이 기간 동안 깊이 묻힌 지각암은 고온과 압력에 시달리고 심하게 [33][34]변형된다.이후 산의 침식은 산사슬의 [33]특징인 변성암의 [35]광범위한 돌출부로서 조산대의 뿌리를 드러낸다.

이러한 환경에서 형성되는 변성암은 잘 발달된 [33]잎을 보이는 경향이 있다.변성 작용 중에 암석이 한 축을 따라 짧아질 때 잎이 생긴다.이것은 운모나 염소산염과 같은 판상 광물의 결정을 회전시켜 짧은 축이 짧아지는 방향과 평행하게 만듭니다.이것은 밴드가 그들을 형성한 광물질의 색깔을 보여주는 띠 모양의 혹은 잎 모양의 암석을 만든다.잎이 난 암석은 종종 갈라진 평면을 발달시킨다.슬레이트는 셰일에서 유래한 엽상 변성암의 한 예이며, 그것은 일반적으로 슬레이트를 [36]얇은 판으로 분할할 수 있는 잘 발달된 균열을 보여준다.

발달하는 잎의 종류는 변성 등급에 따라 달라진다.예를 들어, 머드스톤을 시작으로 온도가 상승하면 다음과 같은 시퀀스가 발생합니다.이 흙돌은 처음에는 매우 미세한 잎 모양의 변성암인 슬레이트로 변환되는데, 매우 낮은 등급의 변성암의 특징입니다.슬레이트는 다시 필라이트로 변환되며, 필라이트는 미세하게 세립되어 낮은 등급의 변성 영역에서 발견됩니다.편암은 중간에서 굵은 입자로 중간 등급의 변성 작용 영역에서 발견됩니다.고급 변성 작용은 바위를 편마암으로 변화시키고, 편마암은 거칠고 [37]결이 매우 거칠다.

사방에서 균일한 압력을 받은 암석이나 독특한 성장습관을 가진 미네랄이 부족한 암석은 잎이 떨어지지 않는다.대리석은 판상 광물이 부족하고 일반적으로 잎이 생기지 않아 조각과 건축의 재료로 사용할 수 있다.

충돌성 조석은 해양 [38]지각의 침하로 이어진다.서브컨덕트 슬라브 내의 조건은 서브컨덕트 슬라브가 서브컨덕트 존에서 맨틀을 향해 하강할 때 그들만의 독특한 국소 변성 효과를 발생시키며, 쌍으로 구성된 변성 [39]벨트로 특징지어진다.

스코틀랜드 고지대의 지역 변성에 대한 조지 바로우의 선구적인 연구는 일부 지역 변성 작용이 변성 등급이 증가하는 잘 정의되고 표시 가능한 구역을 만든다는 것을 보여주었다.이 바로브식 변성 작용은 세계에서 가장 잘 알려진 변성 계열이다.그러나 바로브식 변성작용은 진흙암이나 실트암으로 형성된 펠라이트암에 특유하며 펠라이트암에서도 특이하지 않다.스코틀랜드 북동부의 다른 수열은 바로비안보다 [40]낮은 압력에서 일어난 부찬 변성작용을 정의한다.

매장

매장 변성 작용의 산물인 수우 석영석

매장 변성 작용은 단순히 바위가 지표면 아래 깊은 곳에 가라앉은 [33]분지에 묻혀서 일어난다.여기서 바위는 높은 온도와 암석층의 엄청난 무게로 인한 엄청난 압력에 시달린다.매장 변성 작용은 낮은 등급의 변성암을 생성하는 경향이 있다.이것은 변형과 접힘의 영향을 전혀 보여주지 않습니다. 동열 변성 [41]작용의 특징입니다.

매장 변성작용에 의해 형성된 변성암의 예로는 수 [42]쿼츠이트와 같은 북미 대륙간 지각계와 호주의 [43]해머슬리 분지에 있는 암석들이 있습니다.

콘택트(온도

유타주 헨리 산맥에 있는 변성 황색입니다.위쪽에 회색빛 바위는 화성 침입으로 헨리산맥의 포르피라이트 화강암으로 구성되며, 아래쪽에 분홍색 바위는 퇴적 컨트리암인 실트암이다.그 사이 변성 실트석은 어두운 층(두께 약 5cm)과 그 아래의 창백한 층으로 보인다.
Rock contact metamorphism eng big text.jpg

접촉 변성 작용은 일반적으로 마그마의 차가운 시골 암석 침입으로 인한 온도 상승의 결과로 침입 화성암 주변에서 발생합니다.접촉 변성 효과가 존재하는 침입을 둘러싼 영역을 변성 아우레올,[44][45] 접촉 아우레올 또는 단순히 아우레올이라고 합니다.접촉 변성암은 보통 뿔날개로 알려져 있다.접촉 변성 작용에 의해 형성된 암석은 강한 변형의 징후를 보이지 않을 수 있으며 종종 미세하고[46][47] [48]매우 단단하다.

접점 변성 작용은 침입 부근에서 더 크고 [49]접점으로부터의 거리에 따라 소멸됩니다.황색의 크기는 침입의 열, 크기, 벽암과의 온도차에 따라 달라집니다.제방은 일반적으로 변성작용이 최소인 작은 황색돌을 가지고 있으며, 주변 [50]암석까지 1~2개 이하의 두께로 확장되어 있는 반면, 바토리스 주변의 황색돌은 수 킬로미터까지 [51][52]넓을 수 있습니다.

황색의 변성 등급은 황색에서 형성되는 최고 변성 광물로 측정된다.이것은 보통 펠라이트나 알루미늄 규산염 암석의 변성 온도와 그것들이 형성하는 광물과 관련이 있다.얕은 깊이의 황색 변성 등급은 알바이트 에피도테 뿔펠, 뿔블렌드 뿔펠, 피록센 뿔펠 및 실리마나이트 뿔펠이며, 형성 온도가 상승하는 순서로 나뉩니다.그러나 알바이트 에피도테 혼펠은 가장 낮은 온도 [53]등급임에도 불구하고 형성되지 않는 경우가 많습니다.

침입암에서 나오는 마그마 액체 또한 변성 반응에 관여할 수 있다.마그마 액체의 광범위한 첨가는 영향을 받는 암석의 화학작용을 크게 변화시킬 수 있다.이 경우 변성 작용은 메타소머티즘으로 분류된다.만약 침입한 암석에 탄산염이 풍부하다면 그 결과는 스카른이다.[54]냉각 화강암을 남기는 불소가 풍부한 마그마 수분은 종종 [55]화강암 내부와 인접에서 그리센을 형성할 수 있다.변형된 황색체는 금속광석의 퇴적을 국소화할 수 있기 때문에 경제적 [56][57]가치가 있다.

페니타이즈 또는 Na-메타소머티즘은 메타소머티즘을 동반하는 접촉 변성 작용의 독특한 형태이다.그것은 탄산염이 고농축되고 실리카가 낮은 카르보나타이트라고 불리는 희귀한 종류의 마그마의 침입 주변에서 일어난다.카르보나타이트 마그마의 냉각체는 굳어지면서 나트륨이 풍부한 고알칼리성 액체를 방출하고, 뜨겁고 반응성이 좋은 액체는 황색의 미네랄 함량의 대부분을 나트륨이 풍부한 [58]광물로 대체한다.

화석 연료 화재와 관련된 특별한 형태의 접촉 변성 작용은 파이로메타모르피즘으로 [59][60]알려져 있다.

열수성

열수성 변성 작용은 암석과 다양한 조성의 고온 유체의 상호작용의 결과이다.기존 암석과 침입한 유체 사이의 성분 차이는 일련의 변성 반응과 메타매틱 반응을 일으킨다.열수 유체는 마그마, 순환하는 지하수 또는 [33]바닷물일 수 있습니다.해저 현무암에서 열수성 유체의 대류 순환은 확산 중심과 다른 해저 화산 지역에 인접한 광범위한 열수성 변성을 생성한다.그 액체는 결국 흑인 [61]흡연자로 알려진 해저의 통풍구를 통해 빠져나간다.이 열수변화의 패턴은 귀중한 금속 [62]광석의 퇴적물을 찾는 데 지침으로 사용됩니다.

쇼크

주요 기사:충격 변성

충격 변성 작용은 외계 물체(예: 운석)가 지구 표면과 충돌할 때 발생한다.따라서 충격 변성 작용은 초고압 조건과 저온 상태를 특징으로 한다.생성된 광물(SiO2 폴리모르프 코에사이트 및 스티쇼바이트 등)과 질감이 이러한 [63]조건의 특징입니다.

역학

동적 변성 작용은 단층대와 [64]같이 변형률이 높은 구역과 관련이 있습니다.이러한 환경에서는 암석을 변형시키는데 있어 화학 반응보다 기계적 변형이 더 중요하다.암석에 존재하는 광물은 종종 화학적 평형 조건을 반영하지 않으며, 동적 변성 작용에 의해 생성되는 질감은 [65]광물 구성보다 더 중요하다.

암석이 기계적으로 변형되는 세 가지 변형 메커니즘이 있다.이것들은 광물의 [66]알갱이의 파쇄와 회전을 통한 암석의 변형, 개별 광물 결정의 소성 변형, 그리고 확산 [67]과정에 의한 개별 원자의 움직임이다.동적 변성 구역의 질감은 온도와 구속 압력에 따라 [68]우세한 변형 메커니즘이 결정되기 때문에 형성되는 깊이에 따라 달라집니다.

가장 얕은 곳의 단층대는 단층갱이나 단층벽돌과 같은 다양한 종류의 미고결 쇄석암으로 채워질 것이다.더 깊은 곳에서는, 이것들은 쇄석암과 같은 쇄석암으로 대체됩니다. 쇄석암과 같은 쇄석암은 더 큰 암석 조각들을 함께 석회암 또는 석영으로 접합합니다.약 5 킬로미터(3.1 mi) 이상의 깊이에서는 카타클라사이트가 나타납니다.이러한 암석은 고온에서만 형성되는 부싯돌 모양의 매트릭스 안에 있는 부서진 암석 조각들로 구성되어 있습니다.온도가 300°C(572°F)를 넘는 더 깊은 곳에서는 소성 변형이 일어나며, 결함 영역은 마일러나이트로 구성됩니다.마일러나이트는 대부분의 [69]쇄설암에는 없는 강한 잎으로 구별된다.그것은 입자가 [70]가늘다는 점에서 주변 바위와 구별된다.

소성 변형과 재결정화를 통해 입자 조각의 부서지기 쉬운 균열만큼 카타클라사이트가 형성되고 그 과정에서 암석이 응집력을 완전히 상실하지 않을 수 있다는 상당한 증거가 있다.서로 다른 광물은 서로 다른 온도에서 연성이 되며, 석영은 가장 먼저 연성이 되는 것 중 하나이며, 서로 다른 광물로 구성된 전단암은 소성 변형과 부서지기 쉬운 [71]파열을 동시에 나타낼 수 있다.

변형률은 암석이 변형되는 방식에도 영향을 미칩니다.연성 변형은 중간 및 하부 지각에서 낮은 변형률(10초−1 미만−14)에서 발생할 가능성이 높지만 높은 변형률은 메짐성 변형을 일으킬 수 있습니다.가장 높은 변형률에서, 그 암석은 매우 강하게 가열되어 잠시 녹으면서, 유사 [72][73]타킬라이트라고 불리는 유리 모양의 암석을 형성할 수 있다.슈도타킬라이트는 그래뉴라이트 [74]등 건조한 암석에 한정되어 있는 것 같습니다.

변성암의 분류

주요 기사:변성암 class 분류

변성암은 돌 자체의 특성으로 결정될 수 있다면 원형석별로 분류된다.예를 들어, 변성암을 조사했을 때 그 원석이 현무암이었다는 것을 알 수 있다면, 그것은 메타바솔트라고 표현될 것이다.원석을 판별할 수 없을 때, 그 암석은 광물 성분이나 [75][76][77]잎의 정도에 따라 분류된다.

변성 등급

변성 등급은 [78]변성의 양이나 정도를 비공식적으로 나타내는 것이다.

바로브 수열(스코틀랜드의 점진적 변성 구역에서 George Barrow에 의해 설명됨)에서 변성 등급은 펠라이트(쉐일, 알루미늄) 기원의 암석에 있는 주요 광물의 외관을 기준으로 광물 집합별로 분류된다.

낮은 등급 --------------------------------------------------------------------------------------------------------

그린시스트 ------------------------------------------------------------------------------------------------------
슬레이트 ---필라이트 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 편마타이트-------
염소산염대
비오타이트 존
가넷 존
스타우롤라이트 구역
카이나이트 존
실리마나이트 존

이 강도 또는 정도에 대한 보다 완전한 지표는 변성면의 [78]개념에 의해 제공된다.

변성상

주요 기사:변성상

변성상은 변성 이벤트 동안 특정 온도와 압력 범위에서 평형을 유지한 주요 광물 집합체가 있는 식별 가능한 테란 또는 구역이다.그 표면은 [79]현무암에서 생성된 표면 조건 하에서 형성된 변성암의 이름을 따서 명명되었다.

특정 광물 집합체는 (예를 들어) 대리석의 수륙양용석 표면이 펠라이트의 수륙양용석 표면과 동일하지 않도록 해당 원석 조성에 어느 정도 의존합니다.단, 가능한 한 광범위한 조성을 가진 변성암을 특정 면에 할당할 수 있도록 정의한다.변성상의 현재의 정의는 1921년 핀란드 지질학자 펜티 에스콜라의 연구에 크게 기초하고 있으며, 이후 실험적인 연구에 기초하고 있다.에스콜라는 영국의 지질학자 조지 [12]배로우에 의해 개척된 지표 광물에 기초한 지역 계획을 이용했다.

변성상은 일반적으로 원형석, 광물모드 또는 질감을 기준으로 변성암을 분류할 때 고려되지 않는다.그러나 몇몇 변성상들은 더 정확한 분류가 불가능할 때 암석에 사용될 정도로 독특한 특징을 가진 암석을 생성한다.대표적인 예로는 수륙양용석과 에클로자이트가 있다.영국 지질조사국은 그래뉴라이트를 그래뉴라이트상으로 변형된 암석에 대한 분류로 사용하는 것을 강력히 권장하지 않는다.대신, 그러한 바위는 종종 그래노펠로 [76]분류될 것이다.그러나 이것은 보편적으로 [77]받아들여지는 것은 아니다.

변성면의 온도 및 압력
온도 압력. 면
낮다 낮다 제올라이트
중용을 낮추다 중용을 낮추다 프레나이트펌펠라이트
중간에서 높음 낮다 호른펠스
낮음에서 중간 정도 중간에서 높음 블루시스트
중간 → 높음 적당한. Greenschist → 황석 → 그래뉴라이트
중간에서 높음 높은 에클로자이트

상세한 것에 대하여는, 그림을 참조해 주세요.

프로그램 및 역행

변성작용은 순행변성작용과 역행변성작용으로 더욱 나뉜다.프로그램 변성 작용은 온도 및 압력 조건의 증가에 따라 광물 집합체(파라제네시스)의 변화를 수반합니다.이것들은 고체 탈수 반응이며 물이나 이산화탄소와 같은 휘발성 물질의 손실을 수반한다.순행 변성 작용은 경험된 최대 압력과 온도의 암석 특성을 낳는다.변성암은 보통 [80]지표로 다시 돌아올 때 더 이상의 변화를 겪지 않는다.

역행 변성 작용은 감소하는 온도(그리고 보통 압력)에서 회전을 통해 암석을 재구성하는 것을 포함하며, 순행 변성 작용으로 형성된 광물 집합체가 덜 극단적인 조건에서 더 안정적인 상태로 되돌아갈 수 있도록 합니다.이것은 비교적 드문 과정인데, 왜냐하면 순행 변성 과정에서 생성된 휘발성 물질은 보통 암석 밖으로 이동하며 냉각 중에 암석과 재결합할 수 없기 때문이다.암석의 파열이 지하수가 냉각암으로 [80]유입되는 경로를 제공할 때 국지적 역행 변성작용이 발생할 수 있다.

평형광물집합

알루미늄 규산염-머스코바이트-석영-K 장석 위상 경계를 나타내는 석유 유전 격자
다른 P-T 환경(변성암)에서 변성암 상균형을 나타내는 ACF 적합성 다이어그램(알루미늄-칼슘-철).점은 광물상을 나타내며, 얇은 회색 선은 두 위상 사이의 평형 상태를 나타냅니다.미네랄 약어: act = actinolite; cc = calcite; chl = chlorite; di = diopside; ep = 표고; glau = glau = glaucophane; = garnet; hbl = hornblende; ky = ky 캬나이트; lawsonite; law = lawsonsonite; plaite; plagenite; plaite; planite; = = plgl plgl pl

변성 작용은 원형석을 열역학적 평형, 즉 최대의 안정성 상태에 가깝게 만드는 역할을 한다.예를 들어 전단응력(비유체역학응력)은 열역학적 평형과 양립할 수 없기 때문에 전단암은 [81]전단응력을 완화하는 방식으로 변형되는 경향이 있다.주어진 조성의 암석에 대한 광물의 가장 안정적인 집합은 깁스 자유 에너지를[82] 최소화하는 것이다.

여기서:

다시 말해, 변성 반응은 그것이 프로톨리스의 총 깁스 자유 에너지를 감소시킬 때만 일어날 것이다.거친 결정으로의 재결정화는 표면 [18]에너지를 감소시킴으로써 깁스 자유 에너지를 감소시키는 반면, 위상 변화와 신결정화는 벌크 깁스 자유 에너지를 감소시킵니다.시약의 깁스 자유 에너지가 제품의 [83]자유 에너지보다 커지는 온도와 압력에서 반응이 시작됩니다.

광물상은 일반적으로 내부 에너지가 낮으면 원자 사이의 결합이 더 엄격해지기 때문에 더 안정적입니다.고밀도(저몰 부피 V로 표현)의 상은 고압에서 안정성이 높고, 저순서 구조(고엔트로피 S로 표현)의 광물은 고온에서 바람직하다.따라서 안달루시아이트는 알루미늄 규산염 폴리몰프 중 밀도가 가장 낮기 때문에 저압에서만 안정적이며, 실리마이트는 구조가 [84]가장 낮기 때문에 고온에서 안정적인 형태입니다.

특정 온도와 압력에서 특정 광물의 깁스 자유 에너지는 다양한 분석 공식에 의해 표현될 수 있다.이것들은 실험적으로 측정된 특성과 광물 집합체의 위상 경계에 대해 교정된다.특정 온도와 압력에서 주어진 암석의 부피 조성에 대한 평형 광물 집합은 컴퓨터에서 [85][86]계산될 수 있습니다.

그러나, 다양한 종류의 [87]도표를 사용하여 평형 광물 집단을 표현하는 것은 종종 매우 유용하다.여기에는 석유유전학적 그리드[88][89] 및 호환성 다이어그램(구성 위상 다이어그램)[90][91]이 포함됩니다.

석유 유전 격자

주요 기사: 석유 유전 그리드

석유유전학적 격자는 주어진 암석 조성에 대한 압력 및 온도 조건에서 실험적으로 도출된 변성 반응을 나타내는 지질학적 위상도이다.이것은 변성 암석학자들이 암석이 [88][89]변성되는 압력과 온도 조건을 결정할 수 있게 해준다.표시된 AlSiO25 네소실리케이트 상도는 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 산소(O)로만 구성된 암석의 매우 단순한 석유 유전학적 그리드입니다.바위는 온도와 압력이 다르기 때문에 주어진 세 가지 다형 광물 [84]중 하나가 될 수 있다.여러 위상을 포함하는 암석의 경우, 석유 유전 그리드는 빠르게 복잡해지지만 많은 위상 변환 사이의 경계를 표시할 수 있다.예를 들어, 석유유전학 그리드는 규산알루미늄 상전이와 규산알루미늄과 칼륨 장석으로부터 머스코바이트와 [92]석영으로의 전이를 모두 보여줄 수 있다.

호환성 다이어그램

주요 기사:호환성 다이어그램

석유유전학적 그리드는 온도와 압력의 범위에 걸친 단일 조성에 대한 위상을 보여주는 반면, 호환성 다이어그램은 미네랄 조립체가 일정한 온도와 압력에서 조성에 따라 어떻게 변화하는지를 보여준다.호환성 다이어그램은 암석 조성의 [90][91]변화가 특정 압력 및 온도 조건에서 암석 내에서 발생하는 광물 파라제이션에 어떤 영향을 미치는지 분석할 수 있는 훌륭한 방법을 제공합니다.세 개 이상의 구성요소를 묘사하는 것이 어렵기 때문에(삼원 다이어그램으로), 보통 가장 중요한 세 개의 구성요소만 표시되지만, 때로는 네 개의 구성요소에 대한 호환성 다이어그램이 투영된 [93]사면체로 표시되기도 합니다.

「 」를 참조해 주세요.

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외부 링크