Метаморфи́зм (от греч. μεταμορφόομαι – преображаться, подвергаться превращению), процесс перекристаллизации горных пород, сопровождающийся изменением их минерального и химического состава. В результате метаморфизма исходные породы превращаются в метаморфические горные породы.

Гнейс. Фото: J M Barres / age Fotostock / Фотобанк ЛориГнейс. Фото: J M Barres / age Fotostock / Фотобанк Лори

Условия и факторы протекания метаморфизма

В большинстве случаев метаморфизм происходит под воздействием на горные породы эндогенных высокотемпературных водных флюидов и литостатического давления вышележащих слоёв Земли. В отличие от диагенеза, катагенеза и метагенеза, протекающих под воздействием температуры теплового поля Земли, которая определяется геотермическим градиентом, метаморфизм отвечает более высокой температуре, обусловленной воздействием флюидов, поднимающихся из высокотемпературной глубинной области Земли, главным образом из мантийных магматических очагов. Поэтому геотермическим градиентом определяются только нижние пределы температуры метаморфизма на каждом уровне глубинности его протекания. Метаморфизм происходит в интервале температур от 200 °C (по мнению ряда исследователей, 350 °C) до 1000 °C и более; давлений – от 200–300 до 1000–1500 МПа и более. Глубина зоны метаморфизма сильно варьирует. Геологическое время не является существенным фактором метаморфизма (древние породы могут быть метаморфизованы в той же степени, что и молодые).

Виды метаморфизма

В процессе метаморфизма происходит перекристаллизация (в твёрдом состоянии) минералов исходных пород, рост новых метаморфогенных породообразующих минералов (бластез). Метаморфизм всегда сопровождается изменением химического состава исходных горных пород. С изменением в породах содержания только летучих компонентов (H₂O, CO₂) он условно называется изохимическим. Аллохимический метаморфизм сопровождается более радикальным изменением химического состава пород. При крайнем выражении аллохимической природы метаморфизма при постоянстве объёма (независимо от литостатического давления) используется термин метасоматоз. Ориентированные текстуры метаморфических пород (сланцеватая, гнейсовая и др.) и всевозможные деформации обусловлены направленным (обычно боковым) давлением – стрессом. С неравномерностью стрессовых напряжений связана метаморфическая дифференциация, создающая такситовые текстуры пород (с выделением пятен различного минерального состава и/или структуры): в зонах сильного стресса увеличивается концентрация слюд (природных хлоритов, мусковита, биотита) за счёт перемещения из них кварца и полевых шпатов в зоны слабого напряжения, которые получили название «тени давления».

Выделяют различные виды метаморфизма с учётом роли отдельных факторов, термодинамических, физико-химических и геологических условий протекания метаморфизма.

Региональный метаморфизм

Региональный метаморфизм, происходящий в глубинах земной коры и распространяющийся на большие площади, охватывает осадочные, вулканогенно-осадочные и вулканогенные отложения, накопленные в депрессиях земной коры в подвижных поясах. В формационном аспекте региональный метаморфизм подразделяется на ранний (доорогенный) и поздний, относящийся к стадии складчатости и орогенного воздымания и сопряжённый с развитием мигматитов и внедрением гранитов. В процессе раннего метаморфизма происходит привнос в породы натрия и вынос из них кальция. Примером этого является образование спилитов. Более интенсивный привнос натрия приводит к формированию глаукофановых сланцев, сопряжённых в своём распространении с интрузиями гипербазитов. При позднем метаморфизме породы обогащаются калием, что приближает их состав к гранитам; поздний метаморфизм сопровождается разуплотнением глубинных зон складчатых поясов, приводящим к нарушению изостазического равновесия, воздыманию и эрозии складчатых поясов. В результате на поверхности Земли выступают метаморфические породы, образованные на глубине. Метаморфические комплексы большой глубинности формирования распространяются на огромные территории кристаллических щитов древних платформ или ограничиваются гранитно-гнейсовыми куполами в складчатых поясах. Повторный низкотемпературный и низкобарический метаморфизм называют диафторезом; его продуктами являются диафториты. Диафторез характерен для зон крупных разломов и тектонического смятия, где возникают условия для его проявления (высокая проницаемость пород, наличие растворов).

Выделяют метаморфизм, сопряжённый с магматическим замещением горных пород. Метаморфические преобразования замещаемых пород обусловлены воздействием на них фильтрующимися через магмы (трансмагматическими) флюидами. Примером подобного метаморфизма является формирование мигматитов, возникающих в результате сложного преобразования гнейсов при замещении их гранитной магмой.

Контактовый метаморфизм

Контактовый метаморфизм протекает на малых глубинах в непосредственной близости от интрузий и экструзий под воздействием на вмещающие горные породы отделяющихся от магм флюидов и тепла (возникают роговики). Контактовое воздействие при очень высокой температуре изверженной магмы приводит к метаморфизму, сопровождаемому частичным плавлением пород, и образованию бухитов (роговиков, содержащих стекло).

Вулканическим формациям свойствен низкотемпературный метаморфизм (нередко охватывает большие территории), отражающий поствулканическую активность глубинных магматических очагов.

Динамометаморфизм

К метаморфизму исторически относят динамометаморфизм (дислокационный метаморфизм), хотя в его процессе не происходит перекристаллизации. Этот тип метаморфизма проявлен в пределах зон интенсивных тектонических деформаций и обусловлен действием направленного давления (стресса); он заключается в дроблении, структурно-текстурных преобразованиях пород с формированием тектонитов (милонитов, катаклазитов и др.).

Импактный метаморфизм

Импактный метаморфизм, порождающий импактиты, происходит при очень высоких давлениях и температурах за короткое по сравнению с другими типами метаморфизма время; он сопровождается образованием плотных минералов (рингвудита, коэсита, стишовита, алмаза и др.), дроблением, плавлением пород, избирательным испарением их компонентов. Бóльшая часть учёных импактный метаморфизм связывают с соударением космических тел с Землёй, ряд исследователей – со взрывами флюидов, восходящих из внешнего жидкого ядра Земли, очень высокой энергии.

С различными видами метаморфизма связаны метаморфогенные месторождения полезных ископаемых.