VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ
TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA

METAMORFNÍ PROCESY

METAMORFNÍ STUPNĚ - ZÓNY - FACIE

METAMORFNÍ FACIE

Metamorfní facie je definována na základě přítomnosti stabilní, prostorově omezené minerální asociace a s ní spojených typických hornin, na jejichž základě lze odhadovat teplotní a tlakové podmínky, za kterých došlo k metamorfóze a následně rekonstruovat jak výchozí chemické složení hornin, tak i stupeň jejich přeměny

Princip metamorfní facie zavedl do literatury na základě pozorování metabazitů finský petrograf P. Eskola a v 70. letech 20. století jej upravil novozélandský geolog F. J. Turner. Eskolova koncepce vychází z teze, kterou formuloval již ve své práci v roce 1915. Jestliže hornina určité metamorfní formace dosáhla při metamorfóze za konstantních teplotních a tlakových podmínek chemické rovnováhy, pak je její minerální složení určováno pouze jejím složením chemickým. Horniny, které se vytvořily za stejných fyzikálních podmínek je tak možné považovat za určitou charakteristickou skupinu, která je dobře odlišitelná od skupin, vzniklých za podmínek zcela odlišných. Pro tyto geneticky samostatné skupiny metamorfovaných hornin zvolil Eskola označení "metamorfní facie". K téže metamorfní facii patří všechny horniny, které vznikly za stejných teplotních a tlakových podmínek, a to bez ohledu na jejich chemické složení.

Pro regionální metamorfózu rozlišil Eskola v závislosti na zvyšující se teplotě a tlaku sedm metamorfních facií s typickými minerálními asociacemi:

• Zeolitová facie je facií s nejnižším teplotním stupněm, která probíhá jako první metamorfní reakce při metamorfóze pohřbením. Horniny v této fázi prodělávají jen rekrystalizaci za nízkých teplot. Facie odpovídá teplotám okolo 50 až 150 °C v rozmezí hloubky 1 až 5 km (tlak kolem 100 MPa). Základní minerální asociaci metabazitů reprezentuje křemen a zeolit (např. wairakit, heulandit, analcim, laumontit a stilbit). V metapelitech tvoří typickou řadu indexových minerálů muskovit, chlorit, albit a křemen.


• Facie prehnitová a pumpellyitová představuje opět facii typickou pro metamorfózu pohřbením. Typickými minerály jsou zde prehnit a pumpellyit. Oproti zeolitové facii potřebují tyto indexové minerály ke svojí stabilitě o něco vyšší tlak a teplotu, ale často se mohou vyskytovat i v zeolitové facii. Indexové minerály metapelitů tvoří muskovit, chlorit, albit a křemen.


• Facie zelených břidlic odpovídá stále facii relativně nízkých metamorfních teplot (250-400?C) a nízkého tlaku (200-400 MPa). Facie je charakteristická přítomností minerální asociace chlorit + albit + epidot (zoisit) + křemen ± aktinolit. K nejrozšířenějším horninám vznikajícím za těchto termodynamických podmínek patří fylity a zelené břidlice.


• Glaukofanitová facie. Fyzikální podmínky hornin vzniku glaukofanitové facie se přibližují podmínkám facie zelených břidlic. Jde opět o nízké metamorfní teploty (200-300?C), které jsou však doprovázeny výrazně vyššími lokálními tlaky (500-1300 MPa). Indexové minerály této facie reprezentují alkalické amfiboly s významnou převahou glaukofanu, lawsonit, epidot, albit, chlorit, granát, křemen a kalcit. Výskyt glaukofanických hornin (označovaných často jako modré břidlice) je nejčastěji spojován se subdukčním rozhraním litosférických desek. Rychlé ponořování některých desek do velkých hloubek způsobuje rychlý růst tlaku za relativně nižších teplot. Postupné zvyšování teploty vyvolává v horninách mineralogické změny, jako je stabilizace granátu v železem bohatých sedimentech nebo stabilizace klinopyroxenu v metabazitech, které jsou chudé na hliník. Glaukofanické horniny vznikají nejčastěji z bazických vulkanitů a jejich tufů a bývají často sdruženy s fylity a svory.


• Amfibolitová facie se obvykle rozděluje na tři subfacie, které odpovídají staurolit-kyanitové a sillimanitové zóně Barrow-Tilleyho klasifikace. Teplota navazuje na nejvyšší teploty facie zelených břidlic (350-450?C) a končí v blízkosti teploty 700?C, popř. i výše. Také celkový tlak je vyšší než ve facii zelených břidlic a pohybuje se kolem 450-800 MPa. Relativně vysoký je i tlak H2O, který podporuje vznik amfibolů a slíd. Typickou minerální asociaci metabazitů tvoří oligoklas až andezín, obecný amfibol, epidot, chlorit a křemen. S nárůstem teploty k přibližně 550 °C zaniká poslední chlorit. Při teplotě 600 °C mizí i epidot a na jejich úkor vzniká granát s převahou almandinové složky, který bývá častý zejména v metamorfních ekvivalentech pelitických hornin. Za vysokých teplot může docházet ke krystalizaci klinopyroxenu. Typickými horninami vznikajícími v podmínkách amfibolitové facie jsou amfibolity.


• Granulitová facie odpovídá teplotám 700-850°C a tlakům 500-1000 MPa. Za nižšího tlaku patří k převládajícím minerálům plagioklas, klinopyroxen a ortopyroxen. S narůstajícím tlakem se typickou minerální asociací stává granát s podílem almandinové, pyropové a grossularové složky, plagioklas a klinopyroxen. K charakteristickým horninám této facie patří pyroxenové granulity.


• Eklogitová facie. Horniny této facie vznikají převážně z mafických metamorfovaných hornin. Při jejich vzniku se předpokládá působení mimořádně vysokého tlaku (1000-1400 MPa) a teplot pohybujících se v rozmezí 300-800 ?C, místy však dosahujících až 1700 ?C. Minerální asociace této facie jsou tvořeny jen malým počtem fází, což má za následek, že zde probíhá jen málo kontinuálních reakcí. Jejich absence tak neumožňuje v mnoha případech stanovit přesné tlaky, které ke vzniku příslušné minerální asociace vedly. V této metamorfní facii již není stabilní plagioklas. Základními indexovými minerály jsou pyroxen (omfacit) + granát s vysokým podílem grossularové složky. Kromě obou uvedených minerálů může být v horninách této facie přítomno také menší množství křemene, kyanitu, enstatitu a diopsidu.

Kontaktní metamorfózu charakterizují v Eskolově pojetí čtyři metamorfní facie:

• Facie albit-epidotických rohovců. Podmínky této facie jsou splněny ve vnější části kontaktního dvora. Facie je spojena s velmi nízkými teplotami a tlaky, během kterých dochází ke stabilizaci albitu a epidotu. Teplotně lze tuto facii přirovnat k facii zelených břidlic s nimiž obsahuje i shodné minerální asociace.


• Facie amfibolických rohovců vzniká za podobného tlaku jako facie albit-epidotických rohovců, ale dochází u ní k pozvolnému nárůstu teploty. Zahrnuje silněji metamorfované horniny ze střední části kontaktního dvora.


• Facie pyroxenických rohovců reprezentuje nízkotlakou facii, projevující se dalším narůstáním teploty. Její podmínky jsou splněny ve vnitřní části kontaktního dvora. Podobně jako v granulitové facii i zde je charakteristickým minerálem ortopyroxen, k dalším typomorfním minerálům této metamorfní facie patří andalusit, cordierit, korund, biotit, ortoklas a spinel.


• Sanidinitová facie představuje facii, v níž panují velmi nízké tlaky, doprovázené extrémně vysokými teplotami, které místy vyvolávají parciální tavení hornin a vznik skla. Do této facie spadají produkty žárové metamorfózy. Vzhledem k nízkému tlaku těkavé složky při metamorfóze rychle unikají a reakce tak probíhají do značné míry zasucha (reakce v pevném stavu). V této facii se objevují jednak minerály, které v předešlých faciích nejsou zastoupeny (např. cristobalit, tridymit), jednak nerosty facií předchozích (cordierit, diopsid, forsterit, wollastonit, kalcit). Nejpestřejší minerální asociace vznikají zpravidla v místech, kde výchozími horninami byly vápence s příměsí SiO2 a MgO.