Кіріспе
Геологиялық уақыттың динамикалық тұжырымы
Тау жыныстары циклі – геологияның негізгі ұғымы, ол үш негізгі тау жынысы типінің – шөгінді, метаморфты және магмалық – геологиялық уақыт бойынша өзгеруін сипаттайды. Әрбір тау жынысы типі тепе-теңдік жағдайынан тыс қалғанда өзгереді. Мысалы, базальт сияқты магмалық тау жынысы атмосфераға ұшырағанда ыдырай бастап, немесе континент астына батқанда балқи алады. Тау жыныстары циклының, плиталық тектониканың және су циклының күшімен тау жыныстары тепе-теңдікте қалып отырмайды және жаңа ортамен кездескенде өзгеріске ұшырайды. Тау жыныстары циклі үш тау жынысы типінің бір-бірімен қалай байланысқандығын және уақыт өте келе бір типтен екіншісіне қалай өзгеретінін түсіндіреді. Бұл циклдік сипат тау жыныстарының өзгеруін геологиялық циклге, ал тіршілік бар планеталарда биогеохимиялық циклге айналдырады.
Игнатикалық тау жынысына көшу
Жердің терең қабаттарына қысыммен түскен тастар магмаға айналуы мүмкін. Егер магма сұйық күйін сақтау үшін қажетті жағдайлар болмаса, ол суынып, магмалық тасқа айналады. Жердің ішінде суыған тас интрузивті немесе плутондық деп аталады және ол өте баяу суынады, нәтижесінде гранит сияқты ірі ұсақ түйіршікті құрылым пайда болады. Жанартау қызметінің нәтижесінде магма (жер бетіне жеткен кезде лава деп аталады) атмосфераға ұшыраған жер бетінде өте жылдам суынуы мүмкін, мұндай тастар экструзивті немесе жанартаулық тастар деп аталады. Бұл тастар ұсақ түйіршікті болады және кейде соншалықты жылдам суынады ki кристаллдар пайда бола алмайды, нәтижесінде обсидиан сияқты табиғи шыны пайда болады, бірақ ең көп таралған ұсақ түйіршікті тас базальт деп аталады. Игнеус, шөгінді және метаморфты тастардың кез келген үш негізгі түрі магмаға еріп, суынып, магмалық тастарға айналуы мүмкін.
Екінші реттік өзгерістер
Эпигенетикалық өзгерістер (төмен температура және төмен қысым кезінде жүретін екіншілік процестер) бірнеше түрге бөлінуі мүмкін, олардың әрқайсысы тау жыныстарының немесе тау жыныстарын құрайтын минералдардың белгілі бір тобына тән, бірақ көбінесе бір тау жынысында бірнеше өзгеріс бірдей жүріп жатады. Силицификация – минералдардың кристалл немесе жасырын кристалды кремний диоксидімен алмасуы, риолит сияқты фелсикалық тау жыныстарында ең көп кездеседі, сонымен қатар серпентинде де кездеседі. Каолинизация – магмалық тау жыныстарындағы ең көп таралған минералдар – фельдшпаттардың каолинге (кварц және басқа да саз минералдарымен бірге) ыдырауы; бұл граниттер мен сиениттерде жақсы байқалады. Серпентинизация – оливиннің серпентинге (магнетитпен бірге) өзгеруі; ол перидотиттерге тән, бірақ көптеген мафикалық тау жыныстарында да кездеседі. Урализация кезінде екіншілік мүйіз қоспасы аугитті алмастырады; хлоритизация – аугиттің (биотит немесе мүйіз қоспасы) хлоритке өзгеруі, және ол көптеген диабаздарда, диориттерде және жасыл тастарда көрінеді. Эпидотизация осы топтағы тау жыныстарында да кездеседі және биотит, мүйіз қоспасы, аугит немесе плагиоклаздық фельдшпаттан эпидоттың пайда болуынан тұрады.
Метаморфтық жынысқа көшу
Жоғары температура мен қысымға ұшыраған тау жыныстары физикалық немесе химиялық түрде өзгере алады, нәтижесінде метаморфтық деп аталатын жаңа тау жынысы пайда болады. Аймақтық метаморфизм – кең аумақтағы үлкен тау жыныстары массаларына тигізетін әсер, көбінесе орогендік белдеулердегі тау пайда болу оқиғаларымен байланысты. Мұндай тау жыныстары әртүрлі минералдық құрамы мен түстерінің айқын жолақтарын көрсетеді, бұл жолақтар жапырақшалану деп аталады. Метаморфизмнің тағы бір маңызды түрі – тау жынысының магмалық интрузиямен жанасуынан туындайды, бұл интрузия қоршаған тау жынысын қыздырады. Бұл контактілік метаморфизм магманың жоғары температурасының әсерінен және/немесе магмадан шыққан сұйықтықтардың қосылуынан қоршаған тау жынысына химиялық элементтердің енуі (метасоматизм) арқылы тау жынысының өзгеруіне және қайта кристалдануына әкеледі. Кез келген тау жынысы метаморфизм процестерінің нәтижесінде өзгертілуі мүмкін.
Седименттік жыныстарға көшу
Атмосфераға ұшыраған тау жыныстары әртүрлі деңгейде тұрақсыз болып келеді және ауа райының өзгеруі мен эрозия процестеріне қабылады. Ауа райының өзгеруі мен эрозия бастапқы жынысты кішірек сынықтарға бөліп, еріген заттарды алып кетеді. Бұл сынықталған материал жинақталып, қосымша материалмен көміледі. Жеке құм түйіршігі әлі де одан пайда болған тау жынысы класына жатады, бірақ мұндай түйіршіктерден құралған жыныс шөгінді болып табылады. Шөгінді тау жыныстары осы көмілген кіші сынықтардың литификациясы (кластикалық шөгінді тау жынысы), тірі организмдер жасаған материалдың жинақталуы мен литификациясы (биогендік шөгінді тау жынысы – қазбалар) немесе булану нәтижесінде минералдарды қамтитын ерітіндіден химиялық тұнбаның литификациясы (тұнба шөгінді тау жынысы) арқылы қалыптаса алады. Кластикалық тау жыныстары эрозия сияқты процестерден немесе өсімдік қалдықтары сияқты органикалық материалдардан кез келген типтегі үлкен тау жыныстарынан бөлінген сынықтардан пайда болуы мүмкін. Биогендік және тұнба тау жыныстары барлық басқа тау жыныстарынан еріген химиялық заттардан минералдардың шөгінуінен қалыптасады.
Плиталар тектоникасы
1967 жылы Дж. Тузо Уилсон «Nature» журналында мұхит алаптарының қайта-қайта ашылуы мен жабылуын сипаттаған мақала жариялады, ерекше назарды қазіргі Атлант мұхиты аймағына бөлді. Бұл тұжырым, тақталар тектоникасы революциясының бір бөлігі ретінде, Уилсон циклі деп аталды. Уилсон циклі тау жыныстары циклын қазіргі түсіндіруге зор әсер етті, себебі тақталар тектоникасы тау жыныстары циклын қозғаушы күш ретінде мойындалды.
Жазықтарды тарату
Орта мұхиттың дивергент шекараларында мантияның жоғары көтерілуі және беткі қабаттағы балқу аймағы жаңа магманы жасайды. Бұл жас базальттық магма тау жыныстары циклінің магмалық бөлігінің бастапқы кезеңі болып табылады. Қырдың екі жағындағы тектоникалық тақталар алыстағанда, жаңа тау жынысы қырдан алысқа жылжиды, қызған айналымды теңіз суының жарықтар арқылы өтуі жаңа тау жынысының ретроградты метаморфизміне бастайды.
Субдукциялық аймақтар
Жаңа базальтты мұхит қабығы таралып жатқан қырқадан алыстағанда, әрі қарай жылжып, ақырында субдукция аймағына жетеді. Бұл қабық мантияға тартылғанда, қысым мен температураның артуы тау жыныстарының минералдық құрамын өзгертуге алып келеді, бұл метаморфизм тау жыныстарын өзгертіп, эклогит түзеді. Базальтты қабықтың плитасы және оған қосылған кейбір шөгінділер тереңге батқанда, су және басқа ұшқыш заттар бөлініп шығып, субдукция аймағының үстіндегі, төмен қысымдағы тау жыныстарының қабатына көтеріледі. Бұл қабаттағы төмен қысым, жоғары температура және қазір ұшқыш заттарға толы материал еріп, нәтижесінде пайда болған жеңіл магма үстіндегі тау жыныстары арқылы көтеріліп, аралдық доға немесе континенттік шет вулканизмін тудырады. Бұл вулканизм аралдық доғаның немесе континенттік шеттің шетінен алшақтаған сайын көбірек кремнийлі лаваларды қамтиды, бұл магманың тереңдегі көзінен және оның дифференциациялану деңгейінен хабар береді. Кейде төмен батып бара жатқан плитаның бір бөлігі континенттік шетке итеріліп немесе оқшауланып шығуы мүмкін. Бұл мантиялық перидотиттің блоктері мен метаморфты эклогиттер офиолиттік кешендер ретінде көрінеді. Жаңадан шыққан вулканизмнің материалы климаттық жағдайларға байланысты жылдам эрозияға ұшырайды. Бұл шөгінділер аралдық доғаның екі жағындағы алаптарда жиналады. Шөгінділер тереңге көмілген сайын литификация процесі басталып, шөгінді тау жыныстары пайда болады.
Континенттік соқтығысу
Классикалық Уилсон циклінің соңғы сатысында екі континенттік немесе кішігірім жер қырлары конвергенттік аймақта қабаттасады. Континенттік қабықтың екі массасы кездескенде, олардың екеуі де төмен тығыздықтағы кремнийлі тау жыныстары болғандықтан, біреуі де субдукцияға ұшырамайды. Екі массаның қабаттасуы кезінде зор сығылу күштері қатысқан тау жыныстарын деформациялайды және өзгертеді. Соның нәтижесінде пайда болатын орогенез немесе тау пайда болу процесінің ішкі бөліктерінде аймақтық метаморфизм дамиды. Екі масса континенттік соқтығысу нәтижесінде қысылып, бүктеліп, жарылып тау тізбегін құрайды, ал бұрыннан бар магмалық, вулканизм, шөгінді және ертерек метаморфты тау жыныстарының барлығы осы жаңа метаморфтық процеске түседі.
Жедел ерозия
Континенттік соқтығысулар нәтижесінде пайда болған биік тау жоталары эрозия күштерінің әсеріне дереу түседі. Эрозия тауларды тоздырып, жақын орналасқан мұхит шеттерінде, аязды теңіздерде және құрлықтағы шөгінділерде үлкен шөгінді үйінділері қалыптасады. Бұл шөгінді үйінділері тереңге көмілген сайын, литофикацияға ұшырап, шөгінді тау жыныстарына айналады. Таулардың метаморфтық, магмалық және шөгінді тау жыныстары, іргелес алаптардағы жаңа шөгінділерге айналып, соңында шөгінді тау жынысына трансформацияланады.
Даму процессі
Плиталық тектониканың тау жыныстары циклы – эволюциялық процесс. Магманың пайда болуы, жайылатын қырқалар аймағында да, субдукция аймағының үстіндегі бөлікте де, жер қыртысының немесе жоғарғы мантия материалдарының кремнийге бай және ұшқыш заттарға толы фракциясының шығуына жағдай жасайды. Бұл төмен тығыздықты материал қыртыстың ішінде қалуға бейімделген және мантияға қайта сіңіп кетпейді. Плиталық тектониканың магмалық жақтары мантия мен қыртыстың ішінде немесе арасында біртіндеп бөлінуге ұмтылады. Магма пайда болғанда, бастапқы балқыма төмен балқу температурасы бар кремнийлі фазалардан тұрады. Бұл литосфераның жартылай еруіне және одан әрі бөлінуіне алып келеді. Сонымен қатар, кремнийлі континенттік қыртыс салыстырмалы түрде жеңіл және әдетте мантияға қайта батпайды. Сондықтан уақыт өте келе құрлықтың көлемі үлкенейе береді.
Судың рөлі
Жер бетіндегі судың мол болуы тау жыныстары циклі үшін зор маңызға ие. Судың әсерінен болатын ысырап және эрозия процестері ең айқын мысалдардың бірі. Жауын-шашын, қышқыл топырақ суы және жер асты сулары минералдар мен тау жыныстарын, әсіресе магмалық және метаморфтық тау жыныстарын, сондай-ақ жер беті мен атмосфера жағдайларында тұрақсыз теңіз шөгінді тау жыныстарын ерітуде өте тиімді. Су ерітіндідегі иондарды және ысыраптың нәтижесінде пайда болған бөлшектерді алып кетеді. Ағын су өзендер арқылы мол мөлшердегі шөгіндіні теңізге және ішкі ойыстарға жеткізеді. Шөгінділер жиналып, көмілгеннен кейін қайтадан тау жынысына айналады. Судың көріне бермейтін рөлі – жаңа теңіз түбіндегі жанартаулық тау жыныстарында жүретін метаморфизм процестерінде. Теңіз суы, кейде қыздырылып, тау жыныстарындағы жарықтар мен сынықтар арқылы өтеді. Серпентинизация мысалында көрсетілген бұл процестердің барлығы жанартаулық тау жыныстарын жоюдың маңызды бөлігі болып табылады. Су және басқа ұшқыш заттардың субдукция аймағының үстіндегі қабық тау жыныстарын балқытудағы рөлі – циклдің ең маңызды бөлігі. Сумен қатар, төмен түсетін плитаның үстіндегі шөгінділердегі мол теңіз әктастарынан түсетін көмірқышқыл газы және басқа да көміртек қосылыстары балқытуға түрткіс беретін ұшқыш заттардың тағы бір көзі болып табылады. Бұл жалпы тау жыныстары циклінің бір бөлігі ретінде көміртек циклін қамтиды.