Mehanizmi nastanka folijacije

U postu o folijaciji definirao sam pojam folijacije. Takodjer, istakao sam kako postoji, blago rečeno, konfuzija u klasifikaciji folijacije.  Da ponovim, prema jednoj od definicija, folijacija nastaje kao posljedica djelovanja stresa na stijenu i to normalno u odnosu na vektor maksimalnog stresa (σ1). Ali koji su to mehanizmi koji dovode do nastanka folijacije? Folijacija može nastati putem nekoliko osnovnih mehanizama, i to: duktilno spljoštavanje stijene, mehanička rotacija čestica stijene, hemijsko rastvaranje/taloženje i rekristalizacija. Posljednja dva mehanizam podrazumjevaju hemijske reakcije u stijenskom materijalu. Ovi mehanizmi nisu ekskluzivni u stijeni i često djeluju u kombinaciji. Ipak, uvijek je jedan proces dominanan i on odredjuje tip folijacije. Potrebno je istaći da sastav stijene odredjuje tip mehanizma, odnosno folijacije. Takodjer, tip folijacije odredjuje i orjenatacija i magnituda stresa, metamorfni uvijeti (pritisak i temperatura), sastav fluida koji cirkulira kroz stijenu itd…

Spljoštavanje stijene

Kod ovog procesa dolazi do produženja tijela u dvije dimenzije, dok se njegova treća dimenzija skraćuje. Ovo je slučaj kada na stijenu djelujemo silom odozgo. Medjutim, do spljoštavanja može doći i kada djelujemo smičućim stresom na jedinicu stijeske mase, kada takodjer dolazi do promjene oblika. Zapremina može, ali ne nužno biti očuvana kod ovog procesa (oblik se, dakako, mijenja).

Do najvećeg izdužvanja tijela dolazi u pravcu komponente stresa maksimalne ekstenzije, u ravni xy finite strain-a (elipsoida deformacija). Sve lineacije koje su paralelne sa pravcem maksimalne ekstenzije (x), logično, nazivaju se streaching lineations. Do najvećeg skraćenja tijela dolazi u pravcu maksimalne kompresije. Medjutim, ako postoji predhodna veća ili manje pravilna orjentacija čestica stijene tada može doći do zadržavanja te orjentacije u većoj ili manjoj mjeri (ovisi o početne situacije, tj u kom stupnju je uredjen raspored čestica prije deformacije, kao i vremena trajanja i inteziteta same deformacije).  U tim slučajevima možemo imati situaciju da ne budu baš sve (pa niti statistički) čestice paralelne sa pravcem najveće ekstenzije, odnosno ravni xy finite straina.

Mehančka rotacija

Ovo je vrlo bitan mehanizam nastanka folijacije, ali i lineacije. Vrlo je ilustrativan primjer kod npr crenulation cleavage-a (vrsta folijacije) gdje dolazi do rotacije minerala filosilikata (npr muskovita, biotita i slično) u preferirane pravce novih krenulativnih domena (foliajtivnih ravni). Postoji nekoliko modela koji objašnjavaju na koji način se čestice jedne stijene rotiraju pod djelovanjem stresa u nove folijativne pravce. Zbog jednostavnosti teksta, ovdje neću detaljnije iznositi koji su to modeli. Uglavnom, čestice stijene (minerali) rotiraju težeći da  zauzmu orjentaciju približno paralelnu sa xy ravni elipsoida deformacije (ravan najveće ekstenzije materije). Proces je prisutan i kod smicanja (simple shear) i kod „spoljoštavanja stijene“ (pure shear). Na taj način nastaje nova folijacija. Ako postoji i prije djelovanja stresa već preferirani pravac orjentacije (starija folijacija npr.), tada neće doći do zauzimanja položaja nove folijacije paralelno sa xy ravni finite straina (ravni spljoštavanja). Naravno, minerali koji su već bili paralelni ili normalni u odnsu na ovu ravan neće rotirati (pogledati ilustraciju).

Mehanička rotacija čestica stijene i formiranje folijacije (kredit: Twiss and Moores, 1992)

Rastvaranje/difuzija/obaranje iz rastvora

Ovo je kemijski proces nastanka folijacije koji podrazumjeva rastvaranje, migraciju elemenata kroz stijenu, obaranje iz ratvora tih elemenata i formiranje novih minerala (kristalizaciju).  E sada, kako dolazi do do migracije tih rastvorenih, hemijskih elemenata? Pa ili pomoću procesa grain boundary diffusion-a (koji je karakterističan za transfer na kratke distance) ili migracijom kroz pore i frakture (veće razdaljine). Nakon prijenosa rastvora dolazi u jednom trenutku do obaranja iz rastvora kada kristališu novi minerali. To se dešava ili rastom novih minerala (naročito u mikrolitonima) ili prerastanjem preko postojećih minerala. Inače, u pravcu maksimalnog stresa (σ1) dolazi do najvećeg rastvaranja minerala, dok se obaraju iz rastvora tamo gdje je taj stres najmanji. Da dodam i to da su više deformisani minerali lakše rastvorljivi od onih nedeformisanih.

Proces nastanaka folijacije hemijskim mehanizmima rastvaranja i taloženja (kredit: Davis & Reynolds, 1996)

Stilioliti su jedan od najilustrativnijih primjera koji opisuju ovakav mehanizam gdje dolazi do rastvaranja stijene i taloženja nerastvornih spojeva (minerla; u krečnjacima to su oksidi Fe npr) u domenima stiliolitske folijacije. Takodjer, ovaj mehanizam je prisutan kod crenulation cleavage-a . U zonama krila mikronabora (zbog orjentacije  σ1 je pod velikim uglom na te zone) dolazi do pritisaka minerla jedne na druge i rastvaranja kvarca i njegovog transfera u domene mikrolitona gdje se obara i kristališe (‘zauzima’ zone u kojima je stres najmanji). Sa druge strane, npr biotiti se ne rastvaraju tako lako (oni su puno otporniji na ovaj način rastvranja nego kvarc, hlorit, feldspat…) već procesima rotacije zauzimaju preferirane položaje u krilima mikronabora. Na ovaj način konstantno dolazi do progresivnog nagomilavanja minerala mika u krilima i kvarca u šarnirima, tj razvijanja krenulacionog klivaža. Daljom progresivnom deformacijom može doći do stvaranja kontinuirane foliajcije (transpozicije crenulation cleavaga). Sve ovo je puno intezivnije u prisustvu obilnih fluidnih faza, zbog čega je ovaj proces  češći u low-grade metamorfizmu.

Stiloliti (kredit: geologški zavod Indijane, SAD)

Vrlo zanimljiv fenomen „tektonskog uslojavanja“ može nastati ovim procesom jer imamo konstantno nagomilavanje kvarca u šarnirima, dok se mike, najčešće biotiti nagomilavaju u klivažnim domenima. Tako nastaju pravi tzv. Q i P domeni, tj tektonski „slojevi“ u stijeni.

Q i P domeni u stijeni, tzv tekonska slojevitost (kredit: Paul Bons)

Rekristalizacija

Ovaj proces podrazumjeva formiranje novih minerala, da kažmo, na račun starih minerala. Ovo može rezultirati u razvoj preferirane planarne orijentacije, tj folijacije.

Postoji dva tip rekristalizacije: dinamička i statička. Kontinuiranim djelovanjem stresa može doći do stvaranja novih minerala koji se nazivaju neoblasts.Kristalne rešetke ovih minerla nisu u kontinuitetu sa kristalnim rešetkama starih minerala. Minerali stvoreni dinamičkom rekristalizacijom su manji i orjentirani u preferirane pravce (nova folijacija). Statička rekristalizacija ne nataje pod dejstvom stresa. Karakteriziraju zrna koja imaju pravilnije margine medjusobno postavljena na 120°.

Nedeformirana zrna su uvijek veća od novonastalih i imaju nepravilne ivice. Novonastali, metamorfni minerali pokazuju i preferirane pravce orjentacije za razliku od nedeformairanih.

Na kraju da spomenem fenomen Mimetic growth-a kod koga dolazi do rasta minerala oko jezgra starog minerala, ali zadržavajući pravce orjentacije starog minerala. Inače, minerali lakše rastu duž već nekih preferiranih pravaca, odnosno predhodne folijacije (mike npr).

Folijacija nikada nije konačna. Vjerovatno će u nekom slijedećem orogenom ciklusu budući stres djelovati na tu stijenu i dovesti do nastanka neke nove folijacije. Tako da je u „stijenskom ciklusu“ konstantan prijelaz iz jedne vrste folijacije u drugu, i to ovim gore-pomenutim mehanizmima.  Tako je vrlo čest slučaj da jedna laminacija ili kontinuirana folijacija daljim djelovanjem stresa se transformira u crenulation cleavage (čest slučaj u low-grade metamorfizmu). Daljim djelovanjem stresa može doći do dalje rekristalizacije i stvaranja nove kontinuirane folijacije. Svaka generacija folijacije se obilježava sa S, a u indeks se stavlja broj koji odražava relativnu starost folijacije (S₁, S₂ koja je mladja od S₁, itd….). Sa S₀ se obično označava slojevitost (ili laminacija).