Table of Contents

Скалистые горы представляют собой один из самых геологически динамичных регионов Северной Америки, растянувшийся горный пояс, который фиксирует более миллиарда лет тектонической активности, осаждения и метаморфизма. Среди многих типов горных пород, которые обрабатываются в этом обширном регионе, особенно важны метаморфические породы, такие как гнейс и сланец. Они не просто красивые строительные камни или музейные образцы; они являются прямыми продуктами огромного тепла и давления глубоко в земной коре, и они несут историю горного строительства, континентальных столкновений и медленных, мощных сил, которые продолжают формировать ландшафт. Понимание этих увлекательных скал обеспечивает окно в глубокие временные процессы, которые создали Скалистые горы, которые мы видим сегодня.

Метаморфические скалы: основание Скалистых гор

Метаморфные породы образуются, когда ранее существовавшие породы — либо магматические, осадочные, либо другие метаморфические породы — преобразуются под воздействием тепла, давления и химически активных жидкостей. Это преобразование происходит под поверхностью Земли, часто на глубинах от нескольких до десятков километров, и приводит к изменениям минерального состава, текстуры и структуры породы. В Скалистых горах большие области метаморфических пород подвергаются воздействию на поверхность из-за подъема и эрозии накладных слоев. Эти породы обычно делятся на сорта, начиная от низкосортных (низкая температура и давление) до высокосортных (высокая температура и давление). Гнейсс и сланца занимают различные позиции вдоль этого метаморфического континуума, сланца, представляющего условия среднего класса, и гнейс, представляющего условия высокого класса.

Почему Скалистые горы содержат такое богатое разнообразие метаморфических пород

Регион Скалистых гор пережил несколько эпизодов горного строительства (орогений). Наиболее влиятельными являются протерозойские (около 1,8-1,0 миллиарда лет назад) тектонические события, которые собрали древние континентальные фрагменты, и гораздо более молодое орогеноведение Ларамида (примерно 80-55 миллионов лет назад), которое создало современные Скалистые горы. Каждое из этих событий подвергло камни различным условиям температуры давления и произвело разнообразные наборы метаморфических пород, найденных сегодня. Гнейсс и свист особенно распространены в основных зонах Скалистых гор, известных как Передний хребет, хребет Савачей и горы Уинта, среди других.

Гнейсс: Высококлассная метаморфическая скала древней коры

Гнейсс (произносится «хороший») — крупнозернистая, высокосортная метаморфическая порода, которая легко распознается по характерному полосатому виду. Полосы, или гнейсическое наслоение, чередуются между светлыми фельсовыми минералами (такими как кварц, полевой шпат и московит) и темноцветными мафиозными минералами (такими как биотит, горнбленде и иногда гранат). Эта сегрегация минералов происходит потому, что при очень высоких температурах (обычно выше 600—700 °C) и давлениях минеральные зерна перекристаллизуются и мигрируют, выравниваясь в слои, параллельные направлению максимального напряжения. Результатом является порода, которая часто напоминает стопку блинов, каждый слой представляет собой различный минеральный состав.

Формирование и условия

Гнейсс образуется в условиях, приближающихся к частичному плавлению — порода достаточно горячая, чтобы некоторые минералы начали таять, в то время как другие остаются твердыми. Этот процесс, называемый мигматизацией, может производить смешанную породу, известную как мигматит, где легкие вены расплава вторгаются в более темный, неплавленный гнейс. Многие из самых старых гнейсов в Скалистых горах, такие как найденные в Переднем хребте Колорадо, испытали этот экстремальный метаморфизм. Например, формация Айдахо-Спрингс и Свандык Гнейсс сохраняют доказательства температуры, превышающей 700 °C, и давления 5-8 килобар, соответствующие глубинам 15-25 километров.

Возраст и значение

Гнейссы в Скалистых горах являются одними из древнейших пород на континенте. Радиометрическое датирование цирконов из гнейссов в Винд-Ривер-Ридж Вайоминга и Фронт-Ридж Колорадо даёт возрасты в диапазоне от 1,7 до 1,8 млрд лет. Эти породы представляют собой кристаллический подвал североамериканского континента — древнюю кору, служившую фундаментом, на котором откладывались более молодые осадочные породы. Наличие такого старого гнейса указывает на то, что регион когда-то был частью массивного горного пояса, ныне размытого до его корней, обеспечивая прямую связь с протерозойской эпохой. Геологи рассматривают эти гнейссы как «подвальные» породы, и изучение их помогает разгадать сборку суперконтинента Лорантия.

Известные места Гнейса в Скалистых горах

  • Дальний хребет, Колорадо: Экспозиции Swandyke Gneiss и пик пика гранита, связанные с гнейссами видны на дорожных разрезах вдоль междуштатной 70 к западу от Денвера, особенно в районе каньона Клир-Крик.
  • Винд-Ривер-Ридж, Вайоминг: Древние гнейсы Бриджер-Уайлдернесс являются одними из самых нетронутых и хорошо изученных в регионе.Многие пики в диапазоне состоят из гнейса, который пережил множество метаморфических событий.
  • Уинта-Горы, Юта: Горная группа Уинта включает в себя гнейсы и другие высокосортные метаморфические породы, которые образуют ядро этого восточно-западного трендового диапазона.

Гнейсс также добывается для размерного камня и декоративной скалы; отличительная полоса делает его привлекательным материалом для столешниц, фасадов зданий и памятников.

Оригинальное название: The Foliated Medium-Grade Metamorphic Rock

Схист — это среднесортная метаморфическая порода, отличающаяся хорошо развитой листвой — параллельным расположением утконосых минералов, таких как слюда (мусковит и биотит), хлорит, тальк, а иногда и амфибол. Эта лиственность придает схисту чешуйчатый, блестящий вид, и порода легко расщепляется вдоль этих плоскостей расщепления. В отличие от полосатой текстуры гнейса, схист более однороден по цвету и имеет выраженную, слоистую структуру, отражающую выравнивание минералов под направленным давлением. Размер зерен слюды часто виден невооруженным глазом, а многие схисты содержат порфиробласты — крупные, хорошо сформированные кристаллы минералов, такие как гранат, стауролит, кианит или андалусит, которые росли во время метаморфизма.

Формирование и протолиты

Схист обычно образуется из метаморфизма мелкозернистых осадочных пород, таких как сланец или грязевой камень, или из вулканических туфов и базальтов. Оригинальная порода или протолит подвергается температурам 300-600 °C и умеренному и высокому давлению. В этих условиях глиняные минералы разрушаются и перекристаллизуются в слюду, в то время как кварц и зерна полевого шпата перекристаллизуются, но остаются более равноценными. Если протолит был сланцевым, богатым алюминием, полученный сланец может содержать алюмосиликатные минералы, такие как кианит или силлиманит, что указывает на еще более высокие температуры. В Скалистых горах особенно привлекательным является сланец-слюда , где красные гранаты встроены в серебристую матрицу слюды.

Геологический контекст в Скалистых горах

Схист особенно распространен в метаморфических поясах, которые окружают молодые батолиты Скалистых гор. Например, Схист Мика Фронтального хребта является частью пояса горы Эванс-Сент-Мэри, который был метаморфозирован во время орогенеза Ларамида. Эти схисты часто демонстрируют плотную складку и содержат слои кварцита и мрамора — свидетельство того, что первоначальная осадочная последовательность включала в себя зашитые песчаники и известняки. Схист также образует субстрат многих высоких альпийских лугов, где легко выветривающаяся меловая порода распадается на богатые почвы.

Известные схистские места в Скалистых горах

  • Серебряный слив, Колорадо: Классический Серебряный сливовый схизм выставлен на железнодорожных разрезах и обрезах дорог вдоль шоссе США 40. Он содержит большие гранаты и кристаллы стауролита, что делает его излюбленным местом для сбора минералов.
  • Национальный парк Скалистых гор: Mica Schist возле Трайл-Ридж-роуд показывает впечатляющие складки и легко идентифицируется по его серебристому блеску, когда он мокрый.
  • Горы-соседи, Вайоминг: Метаморфическое ядро Бигхорнов включает обширные схисты, которые фиксируют два отдельных периода метаморфизма.

Схист имеет историческое значение в горных районах Скалистых гор. Многие месторождения золота и серебра находятся в сланце или вблизи сланца, поскольку плоскости листвы обеспечивали пути для минерализации жидкостей. Например, знаменитые районы Золотой холм и Невадавиль в Колорадо лежат в основе метаморфического сланца, который содержит кварцевые жилы с родным золотом.

Основные различия между Gneiss и Schist

Хотя и гнейс, и сланца являются листовыми метаморфическими породами, они различаются по своей текстуре, минералогии и метаморфическому сорту, понимание этих различий необходимо для идентификации поля и интерпретации геологической истории области.

  • Характер несовершенства: Схист имеет тонкую чешуйчатую листву, которая придает «блестящий» или «искренный» вид из-за обильного слюды. Гнейсс имеет грубый, полосатый вид, где светлые и темные минералы разделены на отдельные слои (гнейсовая бандажировка).
  • Размер зерна: Шист обычно имеет мелкий до среднего размера зерна, с видимыми хлопьями слюды, но в целом более тонкий, чем гнейс. Гнейсс обычно грубее, с отдельными минеральными зернами, легко видимыми без ручной линзы.
  • Метаморфный класс: Схизм образуется в средних метаморфических условиях (гриншист — амфиболитные фации). Гнейсс образуется под более высокими сортами (амфиболит — гранулитовые фации) и часто приближается к частичному плавлению.
  • Минеральное содержание:] В схисте преобладают листовые силикаты, такие как слюда и хлорит, с кварцем и полевым шпатом в качестве подчиненных минералов. Общие вспомогательные минералы включают гранат, стауролит и кианит. Гнейсс богат полевым шпатом и кварцем, с меньшим количеством биотита, грабленде, а иногда и пироксена.
  • Фрактурирование и расщепление:] Схист легко расщепляется по плоской листвы и часто распадается на тонкие табличные кусочки. Гнейсс более массивен и имеет тенденцию разрываться по полосам, хотя он по-прежнему имеет предпочтительную ориентацию минералов.

В поле геологи сначала ищут полосы (гнейс) против чешуйчатой листвы (свист), затем проверяют обилие слюды против полевого шпата. Если камень имеет видимые, непрерывные слои различного минерального состава, это, вероятно, гнейс. Если у него блестящая, слоистая поверхность, которая шелушится как книга, это свист.

Геологическая история, записанная в Гнейссе и Шисте

Метаморфические породы Скалистых гор являются естественными архивами тектонической эволюции региона.Изучая минералы и структуры в пределах гнейса и слайста, геологи могут реконструировать температуры, давления и напряжения, которые существовали глубоко под поверхностью миллионы и миллиарды лет назад.

Протерозойские события (1,8-1,0 млрд лет назад)

Самые старые гнейсы и схисты в Скалистых горах относятся к протерозойскому эону, когда ряд вулканических дуг и континентальных фрагментов столкнулся с растущим североамериканским кратоном. Эти столкновения создали массивный горный хребет, названный некоторыми геологами «предковыми Скалистыми горами», хотя более точно орогены Транс-Худзона и последующие орогении Явапай-Мазацала. Интенсивная жара и давление от этих столкновений превратили старые породы в гнейсы и схисты, которые мы видим сегодня. Минералы, которые сформировались во время этого события, такие как гранат и стауролит в схизме, могут быть датированы с использованием радиометрических методов, чтобы определить время метаморфизма. Например, гранаты в Мика Схист Колорадо дают возраст около 1,4-1,6 миллиарда лет, совпадая с периодом утолщения коры.

Ларамид орогения (80-55 миллионов лет назад)

Во время мелового палеогена ларамидный орогеген затронул весь регион Скалистых гор. Это горообразующее событие было вызвано мелкоугольной субдукцией океанической плиты Фараллона под западным краем Северной Америки. Получившееся сжатие деформировало и подняло на поверхность древние метаморфические породы. Многие схизмы в Переднем хребте, такие как близ Золотого и Боулдера, испытали второе метаморфическое событие во время Ларамида. Эта перепечатка видна как новое поколение слюды и роста граната, иногда с различными составами. Ларамид также производил обширную складчатость и разломы, которые можно увидеть в искривленных схизматых слоях вдоль многих шоссе Скалистых гор.

Поднятие и эрозия (55 миллионов лет назад)

После орогении Ларамида Скалистые горы продолжали подниматься из-за изостатического отскока и протяженной тектоники. Надлежащие осадочные породы были удалены эрозией, обнажая глубоко укоренившийся метаморфический подвал. Этот процесс продолжается, и гнейсы и сланцы, которые мы видим сегодня, являются эксгумированными корнями древних горных поясов. Скорость подъема варьируется по всему региону; например, ядро Передней цепи растет примерно на 0,2-0,3 мм в год, все еще выявляя свежие экспозиции этих древних пород.

Минералы внутри этих пород также фиксируют историю охлаждения. По мере того, как кора поднималась и охлаждалась, радиоактивные изотопы внутри минералов, таких как биотит и москвич, начали сохранять свой возраст. Используя аргон-аргон, датируемый по микросам из сланца и гнейса, геологи определили, что эксгумация фронтового хребта Колорадо произошла в основном между 40 и 20 миллионами лет назад. Эти темпы эксгумации обеспечивают критические ограничения на модели эволюции ландшафта.

Экономическое значение Гнейсса и Шиста в Скалистых горах

Метаморфические породы сыграли жизненно важную роль в экономическом развитии региона Скалистых гор, хотя и не столь знамениты, как золотоносные кварцевые жилы Минерального пояса Колорадо, сами гнейс и сланца использовались для строительства, дорожного балласта и декоративного камня.

Строительный и размерный камень

Гнейсс является популярным строительным камнем из-за его твердости и привлекательной облицовки. В 19-м и начале 20-го веков гнейс из карьеров около Маниту-Спрингс, Колорадо использовался для строительства фундаментов, подпорных стен и даже целых структур.Капитол штата Колорадо в Денвере использует гнейс в своей внешней стороне, хотя большая часть камня является гранитом. Схист, хотя и мягче, использовался для камней и кровельной плитки из-за его легкого расщепления.Сильвертонская область в юго-западном Колорадо производила сланец для кровли и напольных покрытий.

Минеральные месторождения, размещенные в метаморфических породах

Многие из известных месторождений золота, серебра, свинца и цинка в Скалистых горах размещены в метаморфических породах или рядом с ними. Срезанные и листовые сланцы обеспечивают идеальные каналы для гидротермальных жидкостей, в которых откладываются рудные минералы. Например, район добычи в Айдахо-Спрингс в Колорадо лежит в основе гнейса и слайста, которые содержат золотоносные кварцевые вены. Mica Schist района Рико продолжает исследоваться для базовых металлов.

Гранаты из сланцевого граната также добывались для абразивных целей. В Салида, Колорадо, район когда-то проводились операции по добыче граната, используя жесткие острые кристаллы граната для наждачной бумаги и промышленного шлифования.

Где увидеть Гнейсса и Шиста в Скалистых горах

Для любителей активного отдыха и геологов-любителей Скалистые горы предлагают потрясающие экспозиции гнейса и слайста, которые доступны из троп и дорог. Вот некоторые лучшие места для наблюдения за этими метаморфическими породами в их естественной обстановке:

  • Национальный парк Скалистых гор, Колорадо: Проезжайте по тропинке Ридж Роуд, чтобы увидеть Схистку Мики вдоль дорожных трасс Альпийского центра посетителей. Схист здесь сложен и содержит большие кристаллы граната. В центре посетителей парка есть экспонаты на метаморфическом подвале.
  • Межштатный 70, Каньон Клир-Крик, Колорадо: На дорожных разрезах между Золотым и Айдахо-Спрингс выставляются Свандике-Гнейсс и связанные с ним схизмы. Оттягивания позволяют безопасно смотреть и фотографировать. Обратите внимание на мафиозные полосы и сквозные пегматитовые дамбы.
  • Черный каньон Национального парка Ганнисон, Колорадо: Прекамбрийский гнейс и схизм в стенах каньона являются одними из самых драматических в Скалистых горах.Тёмные, полосатые породы известны как Чёрный каньон Схизм, но они также содержат слои гнейса. Геология парка выделена в интерпретационных знаках вдоль края.
  • Винд-Ривер-Ридж, Вайоминг: Для опытных туристов цирк Башен в пустыне Бриджера обнажает эффектный гнейс и сланца.Многие вершины, включая Пик Пиньора, состоят из массивного гнейса, в то время как долины содержат шистосный талус.
  • Уинта-Горы, Юта: Высокая пустыня Уинтас включает в себя гнейс и схист в ядрах ареала. Пик Королей и другие высокие вершины лежат в основе этих древних метаморфических пород.

При посещении этих районов всегда соблюдайте правила землепользования, оставайтесь на обозначенных тропах и избегайте молотка или сбора камней в национальных парках, где это незаконно.Ручные образцы для изучения часто можно найти на незащищенных дорожных разрезах или на склонах талус.

Текущие исследования и будущие направления

Геологи продолжают изучать гнейс и свист из Скалистых гор, чтобы уточнить наше понимание тектонических процессов. Достижения в геохронологии, такие как использование лазерной абляции на цирконах из гнейса, выявили несколько эпизодов метаморфизма и роста коры. Ученые также используют тепловое моделирование для понимания темпов охлаждения и эксгумации, которые имеют решающее значение для интерпретации скорости эволюции ландшафта и эрозии. Новое картирование Геологической службой США (USGS) и государственными исследованиями в Колорадо, Вайоминге и Юте постоянно обновляет наши знания о распределении и характеристиках этих пород. Для последних исследований см. USGS Professional Papers on the Precambrian of the Rocky Mountains and the Colorado Geological Survey публикации на подвальных породах.

Заключение

Гнейсс и сланца гораздо больше, чем обычные скалы — они являются метаморфическим наследием миллиардов лет истории Земли в Скалистых горах. От древних протерозойских гнейсов, которые записывают сборку континентов, до сланцев, которые образовались во время жестоких столкновений Ларамидов, эти скалы рассказывают историю жары, давления и тектонических потрясений. Будь вы путешественником, восхищающимся полосатыми скалами Черного каньона, энтузиастом минералов, ищущим гранаты в сланце возле Серебряного слива, или ученым, использующим передовую геохронологию, гнейс и сланец Скалистых гор предлагают бесконечные возможности для открытия. Их исследование не только освещает прошлое, но и помогает предсказать местоположение природных ресурсов и понять процессы, которые продолжают формировать нашу планету.

Для дальнейшего чтения, Национальный парк сервис геологии портала и Геологическая служба США обеспечивают отличные ресурсы на метаморфических пород и геологии Скалистых гор.