Ультраметаморфизм и анатексис

Ультраметаморфизм представляет собой процесс метаморфизма, протекающий при экстремально высоких температурах и давлениях, обычно превышающих 900–1000 °C и 10–15 кбар. Данные условия характерны для глубоких уровней коры и верхней мантии, где минералы претерпевают значительные структурные и химические перестройки. В основе ультраметаморфизма лежит полное или частичное разрушение первичных породообразующих минералов с формированием новых, устойчивых при высоких температурах фаз, таких как гранат, силикатные шпинели, кианит, силлиманит и дисиликатные минералы.

Ключевые характеристики ультраметаморфических процессов:

• Температурная доминанта. Метаморфизм сопровождается дегидратацией минералов, что приводит к выделению флюидов, богатых H₂O, CO₂ и легкими литофильными элементами (Li, Be, B).
• Изотопная перестройка. При высоких температурах ускоряются обменные реакции с кислородом, водородом и стронцием, что отражается на δ¹⁸O, δD и ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr.
• Минеральная рефракция. Появление новых минералов сопровождается значительной перекристаллизацией, уменьшением пористости и изменением текстур на гранулитовые или скарновидные.

Ультраметаморфические границы часто выявляются по появлению кианита-гранат-спинелевых ассоциаций, отражающих температурный максимум процесса. Характерно полное разрушение гидрослюд и хлоритов, что приводит к формированию сухих, плотных агрегатов.

Анатексис

Анатексис — процесс частичного плавления горных пород в условиях высоких температур ультраметаморфизма. Он представляет собой парагенетический переход от метаморфизма к магматической дифференциации, где выделяется силикатная жидкость, способная мигрировать и образовывать гранитные и риолитовые интрузии. Основной механизм анатексиса заключается в снижении температуры плавления породы за счет присутствия воды и флюидов.

Особенности анатексиса:

• Частичное плавление. Обычно затрагивает гранитные, пелитовые и базальтовые протолитные составы. Частичное расплавление не превышает 10–30 % массы породы, что приводит к формированию мелкой дисперсии расплава в твердой матрице.
• Фракционная миграция расплава. Силикатная жидкость богата литофильными элементами, включая K, Rb, Cs, Li, а также редкоземельными элементами. Эти элементы концентрируются в расплаве, в то время как плотные и стойкие минералы (гранат, силлиманит, шпинель) остаются в остаточной породе.
• Минеральная ассоциация расплава. Основными компонентами расплава являются кварц, полевой шпат (K- и Na-полевой шпат), мусковит и биотит. При отстаивании жидкость формирует гранитоидные тела с характерными геохимическими признаками: высокие показатели SiO₂, K₂O и LILE (Large Ion Lithophile Elements).

Анатексис является источником континентального гранитизма, обеспечивая перераспределение химических элементов между остаточной породой и формирующимися магмами. Процесс сопровождается значительной дифференциацией литофильных и тяжёлых элементов, что делает ультраметаморфизм и анатексис ключевыми механизмами формирования континентальной коры на глубинах порядка 30–50 км.

Геохимические закономерности

• Литофильные элементы (K, Rb, Cs, Li, Be) концентрируются в расплаве, что приводит к высокому содержанию в гранитоидных продуктах анатексиса.
• Среднетяжёлые элементы (Fe, Mg, Mn) остаются преимущественно в остаточной породе, формируя богатые минералы ультраметаморфических ассоциаций.
• Редкоземельные элементы (REE) демонстрируют дифференцированное распределение: LREE концентрируются в расплаве, HREE — в гранатах и шпинелях остаточной породы.
• Флюидные компоненты (H₂O, CO₂, F, Cl, B) играют ключевую роль в снижении температуры плавления и в переносе литофильных элементов.

Минералогические индикаторы

1. Гранулитовые ассоциации — свидетельство максимальных температур ультраметаморфизма, включая гранат, ортопироксен и силлиманит.
2. Кианит-спинель-гранат — индикатор высоких давлений.
3. Миграционные зерна расплава — кварц, мусковит, K-фельдшпат в виде интерстициальной сети.
4. Секундные кристаллы расплава — формируют паргенетические ассоциации типа гранат + биотит + кварц в остаточных породах.

Модели ультраметаморфизма и анатексиса

• Термодинамическая модель основана на построении P–T фазовых диаграмм, где границы расплавления определяются по эвтектическим линиям и минимальной температуре плавления сланцев и пелитов.
• Кинетическая модель учитывает скорость дегидратации и миграцию расплава через пористую матрицу, влияя на локальные зоны анатексиса.
• Геохимическая модель интегрирует данные о распределении литофильных, тяжелых и редкоземельных элементов между остаточной породой и расплавом, позволяя прогнозировать состав гранитоидов, формирующихся на глубине.

Ультраметаморфизм и анатексис представляют собой непрерывный спектр процессов, где структурные, термодинамические и химические параметры взаимосвязаны, определяя эволюцию коры и миграцию магматических расплавов. Эти процессы обеспечивают переход от высокотемпературного метаморфизма к формированию магматических тел, создавая основу современной геохимической стратификации континентальной литосферы.