Efectele metamorfismului de șoc asupra rocilor și mineralelor

I. Introducere

Metamorfismul de șoc, denumit și metamorfismul de impact, apare atunci când căldura și presiunile ridicate generate în timpul unui impact deformează straturile de rocă țintă. Metamorfismul șocului poate duce la caracteristici de deformare plană, polimorfe de înaltă presiune și conuri Shatter, toate furnizând dovezi care susțin un impactul cu un meteorit. Mai departe vom aborda in detaliu aceste subiecte pentru a intele mai bine ce se intamplă in timpul impactului cu un meteorit a rocilor dar si a mineralelor constitutive.

II. Condițiile de formare și caracteristicile generale

Din anii 1960 semnificația geologică a evenimentelor de impact meteoritic si numărul mare de structuri de impact conservate incă pe Pamant sunt in mare parte rezultatul a doua descoperiri inrudite:

(1) Condițiile fizice extreme care sunt impuse rocilor si mineralelor de valurile puternice de șoc care produc efectele metamorfismului de șoc unice, recunoscute si durabile.

(2) Asfel de valuri de șoc sunt produse natural numai prin impactul puternic al obiectelor extraterestre cu suprafața terestră.

Efectele metamorfismului de șoc ( cunoscute si sub denumirea de efecte de șoc ) au fost esesnțiale pentru identificare structurilor terestre de impact, datorită unicității, distribuției largi, ușurinței de identificare a capacității lor de a supraviețui periadelor geologice indelungate. Odata cu acceptarea efectelor de șoc ca criteriu de impact, inregistrarea evenimentelor de impact terestru nu se mai limitează la mici structuri tinere care păstreaza fragmente definite de meteorit. La fel de convingătoare, structuri de impact pot fi acum oferite de o mare varietate de efecte distructive de deformare in rocile inseși si a devenit posibilă identificare multor structuri de impact vechi, in care atmosfera si eroziunea au inlăturat toate urmele fizice ale proiecțiilor care le-au format. Recunoașterea efectelor de șoc conservate a fost factorul principal al creșterii constante a numarului de structuri de impact recunoscute incepând cu anii 1960.

Condițiile fizice aproximative ale efectelor de șoc care produc deformarea rocilor naturale, au fost stabilite printr-o combinație de studii teoretice, explozii artificiale (atât chimice cât si nucleare) si experimente cu dispozitive de laborator care produc unde de șoc artificiale. Presiunea de șoc produsă intr-un interval de evenimente de impact incepe de la 2 Gpa in aproprierea marginii superiare a craterului până la presiuni mai mari de 100 Gpa in aproprierea punctului de impact. Aceste presiuni si efecte de deformare a șocului care rezultă, reflectă condițiile care sunt departe de aria proceselor geologice normale (figura 1, tabelul 1).

Figură 1 Conditions of shock-metamorphism // Stöffler, 1971, Fig. 1

În mediile geologice obișnuite. Presiunile echivalente cu cele ale undelor tipice de șoc sunt atinse numai în condiții statice la adâncimi de 75-1000 km, mult sub regiunile superficiale ale crustei în care se formează structurile de impact.

Presiunile undei de șoc se descompun în alte unde importante de presiuni produse în mod normal de procesele geologice. Aplicarea presiunilor de șoc este bruscă și scurtă că periaoda. Un val de unde de șoc se deplasează cu o viteză de câțiva kilometri pe secundă, iar ea va traversa volumul unei granule minerale sau al unei probe de roca în microsecunde, iar debutul și eliberarea peresiunii sunt extrem de tranzitorii. Efectele de deformare a șocului reflectă, prin urmare, condițiile de solicitare tranzitorie, viteze mari de întindere și răcire rapidă care sunt incompatibile cu ratele proceselor geologice normale (tabelul 2).

Tabel 1 Shock metamorphism: Distinction from other geological processes // Melosh (1989), Table 3.2;

Tabel 2 Shock pressures and effects // Stöffler and Langenhorst (1994), Table 8, p. 175

Condițiile unice ale mediilor de șoc produc efecte unice în rocile afectate. Natură și intensitatea schimbărilor depind de presiunea de șoc (tabelul 2). Presiunile de șoc mai mici (~2- 10 GPa) produc conuri distrugătoare megascopice în rocile țintă. Presiunile mai mari (>10-45GPa) produc polimorfi minerali de presiune înalta, precum și caracteristici neobișnuite de deformare microscopice în minerale precum curatul și feldspatul. Chiar și presiunile mai mari (>50 GPa) produc parțial până la topirea completă și chiar vaporizarea (>100GPa) a unor volume mari de roci țintă.

O formă de dovezi deosebite și convingătoare pentru impactul cu un meteorit este suită de caracteristici unice de deformare microscopică prouse individual în minerale prin undele de șoc mari (~10-45GPa). În timpul evenimentului de impact, suficientă presiune se dezvoltă în rocile țintă din aproprierea centrului craterului, iar majoritatea acestor roci sunt imediat sparte și încorporate în fluxul de excavare care este inițiat de undele de expansiune ( figurele 3,4). Drept urmare, aceste efecte de șoc se găsesc în special în fragmente individuale de roci țintă din breciile că umplu craterul sau sunt depuse dincolo de marginea craterului.

O varietate de caracteristi de deformare microscopica pruduse de soc a fost identificata in minerqalele de soc metamorfozate. Acestea includ:

- Benzi kink in mice si mai rar in olivina si piroxeni

- Mai multe tipuri de microstructuri planare distinctive si efecte de deformare aferente in cuart, feldspat si alte minerale

- Minerale sticloase izotrope (diaplectice sau tetomorfe) produce selectiv, cel mai frecvent din cuart si feldspat, fara topire reala

- Topirea selectiva a mineralelor individuale

Benzile kink, deși comune în mediile de impact ( figura 2), pot fi de asemenea generate de deformare tectonică normală, ele nu sunt un criteriu unic pentru metamorfismul de șoc și nu poate fi discutat în continuare. Celelalte efecte, în special microstructurile planare distincte din cuar și sticlele diaplectice, sunt acum acceptate în general că fiid criterii unice pentru undele de șoc și evenimentele de impact meteoritic.