METAMORFIZM
Metamorfizm to zespół procesów prowadzących do przeobrażenia skał. Polega na działaniu temperatury i ciśnienia o wartościach wyższych niż na powierzchni Ziemi, niekiedy także na oddziaływaniu czynników chemicznych. Zmianom ulegać może skład mineralny, budowa wewnętrzna, a czasem również skład chemiczny skały.
Metamorfizmowi ulegają zarówno skały magmowe jak i osadowe, a także istniejące już skały przeobrażone.
Procesy metamorficzne przebiegają przede wszystkim w głębi skorupy ziemskiej, gdzie temperatura i ciśnienie są podwyższone. Niekiedy metamorfizm zachodzi też na powierzchni, np. pod wpływem gorących law lub upadku meteorytu.
Najważniejszym czynnikiem metamorfizmu jest temperatura.
Podwyższona temperatura wynika z:
- ogólnego gradientu termicznego (25-30oC/1km)
- bliskości intruzji plutonicznych
Ciśnienie w głębi skorupy ziemskiej:
- pochodzi od ciężaru nadkładu (ciśnienie statyczne)
- jest wynikiem procesów tektonicznych (ciśnienie dynamiczne)
Ciśnienie wytworzone przez naciski tektoniczne i do pewnej głębokości przez ciężar nadkładu jest ciśnieniem kierunkowym jednostronnym i nie przekracza 300kPa (3000 atm).
W głębi skorupy ziemskiej ciężar nadkładu wywołuje ciśnienie hydrostatyczne (petrostatyczne), czyli skierowane jest we wszystkich kierunkach.
Rodzaje metamorfizmu – z uwagi na główną przyczynę wywołującą przeobrażenia wyróżniamy kilka rodzajów metamorfizmu.
1. metamorfizm termiczny (kontaktowy)- ma miejsce w sąsiedztwie intruzji magmowych, w wyniku wysokiej temperatury, która ma decydujące znaczenie. Powstają np. marmury z przeobrażenia wapieni, kwarcyty z piaskowców kwarcytycznych. Z piaskowca wieloskładnikowego może powstać gnejs. Strefę oddziaływania podwyższonej temperatury nazywamy aureolą metamorficzną. 2. metamorfizm dynamiczny (dyslokacyjny)- zachodzi pod wpływem działającego w skorupie ziemskiej ciśnienia kierunkowego. Temperatura nie odgrywa żadnej roli lub minimalną. Ciśnienie kierunkowe powoduje, że minerały układają się prostopadle do działającego ciśnienie. Powstają łupki krystaliczne. 3. metamorfizm regionalny- ma miejsce, gdy w wyniku ruchów tektonicznych znaczne fragmenty skorupy ziemskiej zostaną wciągnięte na dużą głębokość, gdzie panuje wysoka temperatura i wysokie ciśniecie. Metamorfizm regionalny ma duży zasięg. Występuje głównie w strefach subdukcji
4. metamorfizm izochemiczny- przemiany metamorficzne w skałach zachodzą najczęściej bez doprowadzenia obcych substancji zewnątrz, tak więc skład chemiczny skał pozostaje bez zmian. Taki rodzaj metamorfizmu nazywamy metamorfizm izochemiczny. Zmienia się tylko skład mineralny skały, bez zmiany składu chemicznego. Izochemiczne przeobrażenie następuje często w trakcie metamorfizmu termicznego, dynamicznego czy regionalnego. Np. 6CaCO3 + Al4[Si4O10(OH)8] + 2SiO2 ® 2Ca3Al2[(SiO4)] + 6CO2 + 4H2O
5. metamorfizm metasomatyczny- następuje, gdy do skał poddanych wysokiej temperaturze lub wysokiemu ciśnienia (albo oby czynnikom) zostaną doprowadzone z głębi gorące roztwory i gazy. Zmienia się wtedy skład chemiczny skał (metamorfizm alloche- miczny). Powstają np. skarny (skała wapienno-krzemianowa powstała przy współudziale metamorfizmu kontaktowego i allochemicznego).
6. metamorfizm progresywny- jeżeli skały przeobrażają się w miarę wzrostu temperatury czy ciśnienia i osiągają coraz wyższe stopnie metamorfizmu
7. ultrametamorfizm- procesy przeobrażenia skał w warunkach ich częściowego stopnienia. Ultrametamorfizm zajmuje miejsce między metamorfizmem i plutonizmem. Podczas intrudowania magma wdziera się wzdłuż szczelin i powierzchni warstwowania skał. Powstają migmatyty.
Strefy metamorfizmu – o stopniu przeobrażenia skały decyduje natężenie czynników metamorfizmu, czyli wysokość temperatury i wielkość ciśnienia. W związku z tym wyróżnia się 3 strefy metamorfizmu, które na ogół uzależnione są od głębokości:
· strefa EPI- najpłytsza strefa; temp do 300oC; ciśnienie kierunkowe; tu powstają łupki serycytowe, fyllity
· strefa MEZO- głębokość 10-20km, temp 300-500oC, ciśnienie kierunkowe i hydrostatyczne do 500kPa; powstają głównie gnejsy i amfibolity
· strefa KATA- głębokość poniżej 20km, temp 500-800oC, ciśnienie hydrostatyczne; powstają gnejsy, eklogity
Minerały skał metamorficznych – skały metamorficzne zbudowane są z minerałów dwojakiego pochodzenia. Są to:
1. minerały, które zachowały się ze skały pierwotnej, nie uległy przemianie pod wpływem temperatury i ciśnienia. Do takich stabilnych minerałów zaliczamy: kwarc, skalenie, miki, kalcyt, amfibol, pirokseny.
2. minerały będące produktem procesów metamorficznych np. chloryty, talk, epidot, grafit, dysten, chryzotyl (azbest), antygoryt.
Zmiany teksturalne – w płytszych strefach metamorfizmu powstają niemal wyłącznie tekstury kierunkowe. Ta prawidłowość wynika z decydującej roli ciśnienia kierunkowego w kształtowaniu się tekstur.
Wraz z głębokością tekstury kierunkowe ustępują miejsca bezładowi. Skały metamorficzne mają strukturę krystaliczną. Proces krystalizacji polega na rozłączaniu się kryształów kosztem innych (krystaloblasteza). Kryształy rozwinięte w warunkach metamorfizmu nazywa się blastami, a struktury- blastycznymi.
Skały metamorficzne:
- łupki – powstają głównie w epizonie. Tekstura łupkowa. Minerały: serycyt, biotyt, talk, chloryt, grafit.
- marmur – powstaje z przeobrażenia wapieni w różnych strefach metamorfizmu. Zbudowany z kalcytu.
- kwarcyt – powstaje z przeobrażenia piaskowców kwarcowych w różnych strefach metamorfizmu. Zbudowany z kwarcu. Tekstura najczęściej bezładna.
- granulit – jest produktem bardzo głębokiego metamorfizmu. Zbudowany ze skaleni, kwarcu, granatów. Tekstura najczęściej bezładna.
- serpentynit – powstaje w wyniku metamorfizmu skał skrajnie zasadowych. Zbudowany z minerałów grupy serpentynu (chryzotyl i antygoryt).
zuzia881