Метаморфические флюиды представляют собой газожидкие фазы, участвующие в процессах перекристаллизации и химического переуравновешивания минералов при изменении температуры, давления и химического потенциала системы. Они играют ключевую роль в переносе вещества, перераспределении элементов и формировании минеральных парагенезисов в метаморфических породах.
Главными компонентами метаморфических флюидов являются H₂O и CO₂, к которым часто примешиваются CH₄, H₂, N₂, H₂S, SO₂, а также летучие компоненты Cl, F, B и другие. Их относительные соотношения зависят от состава исходных пород, интенсивности дегидратации и декарбонизации, а также условий метаморфизма.
В ходе прогрессивного метаморфизма происходит дегидратация глинистых минералов, амфиболов, биотита, серпентина, эпидота и других гидросиликатов. Реакции типа: мусковит + кварц → силлиманит + калиевый полевой шпат + H₂O освобождают воду, способствуя появлению флюидной фазы, обогащённой водяным паром. При метаморфизме карбонатных пород или присутствии углеродсодержащего вещества формируются флюиды с повышенным содержанием CO₂: кальцит + кварц → вильсонит + CO₂. Таким образом, состав флюида изменяется в зависимости от минералогических реакций дегидратации и декарбонизации.
Состав и поведение флюидов зависят от параметров P–T условий. При низких давлениях и температурах (<400 °C) флюид часто представлен водной парогазовой смесью, тогда как при более высоких температурах и давлениях (>500 °C, >3 кбар) он становится сверхкритическим раствором, обладающим свойствами как жидкой, так и газовой фазы. Сверхкритические флюиды способны растворять значительные количества ионов и комплексных соединений, что резко увеличивает их транспортную способность.
В метаморфических системах, особенно при градации от зеленосланцевой к гранулитовой фации, наблюдается уменьшение водного потенциала и увеличение доли CO₂, что отражает общий тренд дегидратации пород. В гранулитовых комплексах флюиды часто бедны водородом и насыщены углекислотой, что указывает на экзсолюцию и разделение фаз при понижении давления.
Метаморфические флюиды служат агентами переноса вещества, влияя на химическую эволюцию пород. Растворённые в них компоненты (Na⁺, K⁺, Ca²⁺, SiO₂, Al³⁺, Fe²⁺, Mg²⁺ и др.) образуют устойчивые комплексы, главным образом с участием Cl⁻, F⁻, OH⁻ и CO₃²⁻. Концентрации этих ионов определяются не только общей растворимостью, но и буферными свойствами минеральных ассоциаций.
В условиях метаморфизма флюид поддерживает равновесие между минералами и газожидкой фазой, регулируя отношение окисленных и восстановленных форм элементов. Например, активность кислорода, задаваемая системами типа магнетит–гематит или пирит–пирротин, контролирует окислительно-восстановительное состояние железа, серы и углерода.
Процессы флюидно-минерального взаимодействия включают:
Особенно активно флюид воздействует на системы, содержащие силикаты, карбонаты и сульфиды, вызывая образование вторичных ассоциаций — серицитизации, хлоритизации, альбитизации и других типов метасоматоза.
Формирование флюидов происходит за счёт нескольких источников:
Комбинация этих источников определяет локальные геохимические особенности. Например, в ореолах контактового метаморфизма флюиды часто обогащены бором, фтором и хлором, что отражает магматическое влияние.
Флюид выполняет три основные геохимические функции:
Реакции перекристаллизации зачастую невозможны без присутствия флюида, который снижает энергетические барьеры и обеспечивает миграцию ионов. В этом смысле флюид является динамическим фактором метаморфизма, способствующим достижению равновесия.
Изотопные соотношения δ¹⁸O, δD, δ¹³C, δ³⁴S служат ключевыми индикаторами происхождения и эволюции флюидов. Вода, выделенная из гидросиликатов, обычно обогащена тяжёлым изотопом кислорода, тогда как мантийные и метасоматические флюиды демонстрируют более лёгкие значения δ¹⁸O. Изотопы углерода и серы позволяют различать органогенные, карбонатные и мантийные источники.
Следовые элементы — Li, B, Rb, Cs, Sr, Ba, Pb, Zn, Cu, As — концентрируются во флюиде и могут служить индикаторами процессов выщелачивания и осаждения. Их распределение фиксирует траектории миграции флюида и зоны его влияния.
В метаморфических поясах направление и интенсивность флюидного потока коррелируют с развитием зональной последовательности минералов. Повышение температуры сопровождается дегидратацией и изменением соотношения H₂O/CO₂, что влияет на устойчивость минеральных фаз. Наличие или отсутствие флюида часто определяет резкость границ между зонами.
В системах с высоким флюидным потоком возможна открытая геохимическая система, где происходит активное поступление и вынос вещества, тогда как в «сухих» условиях метаморфизм протекает в режиме замкнутого равновесия, с минимальной миграцией элементов.
По мере прогрессивного метаморфизма флюидная система изменяет состав:
Регрессия метаморфизма (ретроградные процессы) сопровождается гидратацией, что отражает вторичный приток водных флюидов и частичную обратимость реакций.
Таким образом, геохимия метаморфических флюидов отражает сложную динамику взаимодействия летучих компонентов с твёрдой фазой, контролируя химическое и изотопное равновесие, миграцию вещества и развитие метаморфических структурных зон в земной коре.