Metamorfizma - Metamorphism

Bir metamorfik reaksiyonun şematik gösterimi . Minerallerin kısaltmaları: act = actinolite ; chl = klorit ; ep = epidot ; gt = garnet ; hbl = hornblend ; plag = plajiyoklaz . Şekilde gösterilen iki mineral reaksiyona katılmaz, kuvars ve K-feldispat olabilir . Bir Bu reaksiyon doğada gerçekleşir mafik kayaç gider amfibolit fasiyesi için yeşil şist fasiyesi .
Bir çapraz-polarize ince kesit , bir görüntü grena - mika - şist gelen Salangen şist güçlü gerilme kumaşı gösteren, Norveç. Siyah (izotropik) kristal granat, pembe-turuncu-sarı renkli şeritler muskovit mika ve kahverengi kristaller biyotit mikadır. Gri ve beyaz kristaller kuvars ve (sınırlı) feldispattır .

Metamorfizma , önceden var olan kayaçlardaki ( protolitler ) minerallerin veya jeolojik dokunun (minerallerin belirgin düzeni) değişimidir , protolitin sıvı magmaya dönüşmesi ( katı hal değişimi) olmadan . Değişim, öncelikle ısı, basınç ve kimyasal olarak aktif sıvıların girişi nedeniyle meydana gelir. Kimyasal bileşenler ve kristal yapıları kayayı oluşturan minerallerin kaya hallerde dahi değişebilir katı . Ayrışma veya diyajenez nedeniyle Dünya yüzeyindeki veya hemen altındaki değişiklikler metamorfizma olarak sınıflandırılmaz. Metamorfizma tipik olarak diyajenez (maksimum 200°C) ve erime (~850°C) arasında meydana gelir.

Metamorfizma üzerinde çalışan jeologlara "metamorfik petrologlar" denir. Metamorfizmanın altında yatan süreçleri belirlemek için büyük ölçüde istatistiksel mekanik ve deneysel petrololojiye güvenirler .

Üç tür metamorfizma vardır: temas , dinamik ve bölgesel . Artan basınç ve sıcaklık koşulları ile üretilen metamorfizma , prograd metamorfizma olarak bilinir . Tersine, azalan sıcaklıklar ve basınç, retrograd metamorfizmayı karakterize eder .

Katı hal yeniden kristalleştirme ve neokristalizasyon

Metamorfik kayaçlar erimeden değişebilir. Isı atomik bağların kopmasına neden olur ve atomlar hareket ederek diğer atomlarla yeni bağlar oluşturarak farklı kimyasal bileşenlere veya kristal yapılara sahip yeni mineraller oluşturur ( neokristalleşme ) veya yeniden kristalleşmeyi sağlar . Basınç uygulandığında, aynı yönde yönlendirilen biraz yassılaştırılmış taneler daha kararlı bir konfigürasyona sahiptir.

limitler

Metamorfik bir süreç olarak kabul edilen sıcaklık alt sınırı genellikle 100–200 °C olarak kabul edilir; bu , sıkışma ve tortul kayaçların oluşumundan kaynaklanan diyajenetik değişiklikleri hariç tutar .

Metamorfik koşulların üst sınırı, kayadaki erime süreçlerinin başlangıcı ile ilgilidir. Metamorfizma için maksimum sıcaklık, basınca ve kayanın bileşimine bağlı olarak tipik olarak 700-900 °C'dir. Migmatitler , erimeye başlamış ancak refrakter kalıntıdan tam olarak ayrılmamış malzemenin bakla ve damarlarını içeren bu üst sınırda oluşan kayalardır. 1980'lerden beri, kayaların nadiren yeterince kuru ve 900-1100 °C'lik "ultra yüksek" metamorfik sıcaklıkları eritmeden kayıt yapmak için yeterince refrakter bir bileşime sahip olduğu kabul edilmiştir. Metamorfik süreç genellikle 100 ve 300 MPa arasındaki  basınçlarda meydana gelir, bu basınçların meydana geldiği derinlik, hangi kaya türünün basınç uyguladığına bağlı olarak değişir.

Türler

Bölgesel

Bölgesel veya Barroviyen metamorfizması, tipik olarak dağ sıralarıyla, özellikle yakınsayan tektonik plakalarla veya daha önce aşınmış dağların kökleriyle ilişkili olan kıtasal kabuğun geniş alanlarını kapsar . Yaygın bölgesel metamorfozlu kayalar üreten koşullar, orojenik bir olay sırasında meydana gelir . İki kıtasal levhanın veya ada yaylarının kıtasal levhalarla çarpışması , bölgesel metamorfizmanın tipik metamorfik değişiklikleri için gereken aşırı sıkıştırma kuvvetlerini üretir. Bu orojenik dağlar daha sonra aşınır ve çekirdeklerine özgü yoğun şekilde deforme olmuş kayaları açığa çıkarır. Bir yitim zonunda mantoya doğru daldıkça yiten levha içindeki koşullar , eşleştirilmiş metamorfik kuşaklarla karakterize edilen bölgesel metamorfik etkiler de üretir . Yapısal jeoloji teknikleri , çarpışma tarihini ortaya çıkarmak ve ilgili kuvvetleri belirlemek için kullanılır. Bölgesel metamorfizma , orojenik arazi boyunca metamorfik fasiyes veya sıcaklık/basınç koşullarının metamorfik bölgeleri olarak tanımlanabilir ve sınıflandırılabilir .

İletişim (termal)

Utah, Henry Dağları'nda metamorfik bir aureole. Üstteki grimsi kaya, Henry Dağları lakolitinden elde edilen porfiritik granodiyoritten oluşan magmatik intrüzyondur ve alttaki pembemsi kaya, bir silttaşı olan tortul taşra kayasıdır. Arada, metamorfoza uğramış silttaşı hem koyu katman (~5 cm kalınlığında) hem de altındaki soluk katman olarak görülebilir.
Kaya temas metamorfizması tr büyük text.jpg

Kontakt metamorfizma , magmanın daha soğuk ülke kayalarına girmesinin neden olduğu sıcaklık artışının bir sonucu olarak tipik olarak intruzif magmatik kayaçların çevresinde meydana gelir . Temaslı metamorfizma etkilerinin mevcut olduğu intrüzyonu çevreleyen alana metamorfik aureole veya kontak aureole denir . Kontak metamorfik kayaçlar genellikle hornfels olarak bilinir . Kontak metamorfizma ile oluşan kayaçlar güçlü deformasyon belirtileri göstermeyebilir ve genellikle ince tanelidir.

Temas metamorfizması, intrüzyona bitişik olarak daha büyüktür ve temastan uzaklaştıkça dağılır. Aureolün boyutu, izinsiz girişin ısısına, boyutuna ve yan kayalarla olan sıcaklık farkına bağlıdır. Bentler genellikle minimal metamorfizma ile küçük aureollere sahipken, büyük ultramafik intrüzyonlar önemli ölçüde kalın ve iyi gelişmiş temas metamorfizmasına sahip olabilir.

Bir aureolün metamorfik derecesi, aureole içinde oluşan en yüksek metamorfik mineral ile ölçülür. Bu genellikle pelitik veya alüminosilikat kayaçların metamorfik sıcaklıkları ve oluşturdukları minerallerle ilgilidir. Aureollerin metamorfik dereceleri andalusit hornfels, sillimanite hornfels, piroksen hornfels'dir.

İntruzif kayaçtan gelen magmatik sıvılar da metamorfik reaksiyonlarda yer alabilir . Kapsamlı bir magmatik sıvı ilavesi, etkilenen kayaların kimyasını önemli ölçüde değiştirebilir. Bu durumda metamorfizma metasomatizme dönüşür . Araya giren kaya karbonat bakımından zenginse , sonuç bir skarndır . Soğuyan bir granit bırakan flor bakımından zengin magmatik sular genellikle granitin teması içinde ve bitişiğinde gresler oluşturabilir . Metasomatik değiştirilmiş aureoller, metalik cevher minerallerinin birikimini lokalize edebilir ve bu nedenle ekonomik açıdan önemlidir.

Fosil yakıt yangınlarıyla ilişkili özel bir temas metamorfizması türü, pirometamorfizma olarak bilinir .

hidrotermal

Hidrotermal metamorfizma, bir kayanın, değişken bileşimli yüksek sıcaklıktaki bir sıvı ile etkileşiminin sonucudur. Mevcut bir kaya ile istila eden sıvı arasındaki bileşim farkı, bir dizi metamorfik ve metasomatik reaksiyonu tetikler . Hidrotermal sıvı, magmatik (saldırıya giren bir magmadan kaynaklanan), dolaşımdaki yeraltı suyu veya okyanus suyu olabilir. Okyanus tabanı bazaltlarında hidrotermal sıvıların konvektif dolaşımı, yayılma merkezlerine ve diğer denizaltı volkanik alanlarına bitişik kapsamlı hidrotermal metamorfizma üretir. Sıvılar sonunda okyanus tabanındaki siyah sigara içenler olarak bilinen havalandırma deliklerinden kaçar . Bu hidrotermal alterasyonun kalıpları, değerli metal cevherlerinin aranmasında bir rehber olarak kullanılmaktadır.

Şok

Şok metamorfizma, dünya dışı bir nesne ( örneğin bir göktaşı ) Dünya yüzeyiyle çarpıştığında meydana gelir . Darbe metamorfizması, bu nedenle, ultra yüksek basınç koşulları ve düşük sıcaklık ile karakterize edilir. Elde edilen (örneğin, SiO gibi mineraller 2 polimorflar koezit ve sistovit ) ve dokular, bu koşullar için karakteristiktir.

Dinamik

Dinamik metamorfizma, fay zonları gibi yüksek ila orta gerilimli zonlarla ilişkilidir . Kataklaz , kayaların köşeli parçalara kırılması ve öğütülmesi, dinamik metamorfik zonlarda meydana gelir ve kataklastik doku verir.

Dinamik metamorfik bölgelerin dokuları, oluştukları derinliğe bağlıdır, çünkü sıcaklık ve sınırlayıcı basınç, baskın olan deformasyon mekanizmalarını belirler . 5 km'den daha az derinliklerde, dinamik metamorfizma genellikle oluşmaz çünkü çevreleme basıncı sürtünme ısısı üretemeyecek kadar düşüktür. Bunun yerine, kayanın öğütüldüğü ve rastgele parçalara ayrıldığı bir breş veya kataklasit bölgesi oluşur. Bu genellikle bir melanj oluşturur . Derinde, açısal breşler sünek kayma dokusuna ve milonit zonlarına geçer.

5-10 km derinlik aralığında, psödotaşilit oluşur, çünkü sınırlayıcı basınç breşleşmeyi ve öğütmeyi önlemek için yeterlidir ve bu nedenle enerji ayrı fay düzlemlerine odaklanır. Bu durumda sürtünmeli ısıtma, kayayı eriterek psödotaşilit camı oluşturabilir.

10-20 km derinlik aralığında, deformasyon sünek deformasyon koşulları tarafından yönetilir ve bu nedenle sürtünme ısıtması kesme bölgeleri boyunca dağılır , bu da daha zayıf bir termal baskı ve dağıtılmış deformasyon ile sonuçlanır. Burada, şekil değiştirme şekilleri milonit büyümesi olarak nadir görülen dinamotermal metamorfizmadan ile porfiroblastlarıyla milonit bölgelerde.

Aşırı bindirme , sıcak alt kabuk kayalarını daha soğuk orta ve üst kabuk bloklarına karşı yan yana getirebilir, bu da daha sıcak bloklara bitişik daha soğuk blokların iletken ısı transferi ve lokalize temas metamorfizmasına ve genellikle daha sıcak bloklarda retrograd metamorfizmaya neden olabilir. Bu durumda metamorfik topluluklar, derinlik, sıcaklık ve fayın atımının teşhisidir ve ayrıca bindirme yaşı vermek için tarihlendirilebilir .

Metamorfik kayaçların sınıflandırılması

Metamorfik kayaçlar , mineral bileşimlerine, protolit olarak da bilinen kaynak kayaya ve oluşum bağlamına (basınç, sıcaklık, hidrolojik özellikler, vb.) göre sınıflandırılır .

metamorfik fasiyes

Metamorfik fasiyes , metamorfik bir olay sırasında belirli bir sıcaklık ve basınç aralığında dengede olan önemli minerallerin bir araya geldiği tanınabilir araziler veya bölgelerdir. Fasiyes, bu fasiyes koşullarında bazalttan oluşan metamorfik kayanın adını almıştır . Fasiyes ilişkileri ilk olarak 1921'de Pentti Eskola tarafından tanımlanmıştır .

Sıcaklık ve basınç açısından metamorfik fasiyes
Farklı PT koşullarında (metamorfik fasiyes) metamorfik mafik kayaçlardaki faz dengesini gösteren ACF uyumluluk diyagramları (alüminyum-kalsiyum-demir). Noktalar mineral fazları temsil eder, ince gri çizgiler iki faz arasındaki dengedir. Mineral kısaltmaları: act = aktinolit ; cc = kalsit ; chl = klorit ; di = diyopsit ; ep = epidot ; glau = glokofan ; gt = garnet ; hbl = hornblend ; ky = kiyanit ; yasa = lavsonit ; plag = plajiyoklaz ; om = omfasit ; opx = ortopiroksen ; zo = zoisit
Hava sıcaklığı Basınç fasiyes
Düşük Düşük Zeolit
Düşük Orta Düşük Orta Prehnit-Pumpellit
Orta ila Yüksek Düşük Boynuzları
Düşük ila Orta Orta ila Yüksek mavişist
Orta → Yüksek Ilıman YeşilşistAmfibolitGranülit
Orta ila Yüksek Yüksek eklojit

Daha fazla ayrıntı için şemaya bakın.

metamorfik dereceler

Metamorfik derece, metamorfizmanın miktarı veya derecesinin gayri resmi bir göstergesidir. Bu yoğunluk veya derecenin daha eksiksiz bir göstergesi metamorfik fasiyes kavramıyla sağlanır .

Barroviyen dizisinde ( George Barrow tarafından İskoçya'daki ilerleyici metamorfizma bölgelerinde tanımlanmıştır ), metamorfik dereceler ayrıca pelitik (şistli, alüminli) kökenli kayaçlardaki kilit minerallerin görünümüne dayalı mineral topluluğu ile sınıflandırılır :

Düşük dereceli ------------------- Orta --------------------- Yüksek dereceli

Yeşilşist ---------- Amfibolit -------------------------- Granülit
Arduvaz --- Fillit ---------- Şist -------------------------- Gnays --- Migmatit
Klorit bölgesi
biyotit zonu
granat bölgesi
stavrolit bölgesi
Kiyanit bölgesi
Sillimanit zonu

metamorfik süreçler

(Solda) Metamorfizma öncesi bir kayada rastgele yönlendirilmiş taneler. (Sağ) Metamorfizma sırasında bir kaya gerilmeye maruz kalırsa , taneler uygulanan gerilmeye dik hizalanır

yeniden kristalleşme

Yeniden kristalleşme sırasında, protoliti oluşturan taneler şekil ve boyut değiştirir. Bu işlem sırasında mineralin kimliği değişmez, sadece doku değişir. Protolitin ısınması nedeniyle yeniden kristalleşme meydana gelir. Bunun meydana geldiği sıcaklık, mevcut minerallere bağlı olarak değişebilir. Yeniden kristalleşme genellikle sıcaklıklar, Kelvin ölçeğinde mineralin erime noktasının yarısının üzerine çıktığında başlar .

Faz değişimi

Faz değişimi metamorfizması, protolit ile aynı kimyasal formüle sahip yeni minerallerin yaratılmasıdır. Bu, kristallerdeki atomların yeniden düzenlenmesini içerir.

Neokristalizasyon

Neokristalizasyon, protolitten farklı yeni mineral kristallerinin oluşturulmasını içerir. Kimyasal reaksiyonlar , yeni mineraller veren protolitin minerallerini sindirir. Bu, atomların katı kristaller yoluyla difüzyonunu da içerebileceğinden çok yavaş bir süreçtir.

Basınç çözümü

Basınç çözümü, bir kayanın bir yönden ve sıcak su varlığında kuvvetli basınç altında olmasını gerektiren metamorfik bir süreçtir. Bu işlem sırasında protolitin mineralleri kısmen çözülür, su içinde yayılır ve başka yerlerde çöker.

Plastik bozulma

Plastik deformasyonda protolite basınç uygulanır , bu da onun kaymasına veya bükülmesine neden olur, ancak kırılmaz. Bunun gerçekleşmesi için sıcaklıklar, gevrek kırılmaların oluşmayacağı kadar yüksek olmalı, ancak kristallerin difüzyonunun gerçekleşeceği kadar yüksek olmamalıdır.

Prograd ve retrograd

Metamorfizma ayrıca prograd ve retrograd metamorfizma olarak ikiye ayrılır. Prograd metamorfizma, artan sıcaklık ve (genellikle) basınç koşulları ile mineral topluluklarının ( parajenez ) değişimini içerir . Bunlar katı hal dehidrasyon reaksiyonlarıdır ve su veya karbon dioksit gibi uçucu maddelerin kaybını içerir. Prograd metamorfizma, deneyimlenen maksimum basınç ve sıcaklığın kaya karakteristiği ile sonuçlanır. Metamorfik kayaçlar, yüzeye geri getirildiklerinde genellikle daha fazla değişikliğe uğramazlar.

Geriye dönük metamorfizma, azalan sıcaklıklar (ve genellikle basınçlar) altında yeniden buharlaşma yoluyla bir kayanın yeniden oluşturulmasını içerir ve bu, ilerleyen metamorfizmada oluşan mineral topluluklarının daha az aşırı koşullarda daha kararlı olanlara geri dönmesine izin verir. Bu nispeten nadir bir süreçtir, çünkü uçucular mevcut olmalıdır.

Tektonik Ayarlar

Yaygın olarak kullanılan diyagramlar

Petrogenetik ızgaralar

Bir petrogenetik ızgara , belirli bir kaya bileşimi için basınç ve sıcaklık koşullarında deneysel olarak türetilmiş metamorfik reaksiyonları çizen jeolojik bir faz diyagramıdır . Bu, jeologların (özellikle: metamorfik petrologların) kayaların başkalaştığı basınç ve sıcaklık koşullarını belirlemesine olanak tanır. Al 2 SiO 5 nesosilicate gösterilen faz diyagramı yalnızca oluşan bir bileşime sahip kayalar için çok basit bir petrojenetik ızgaradır alüminyum (AI), silikon (Si) ve oksijen (O). Kaya, farklı sıcaklık ve basınca maruz kaldığından, verilen üç polimorfik mineralden herhangi biri olabilir . Bundan daha fazla element içeren bir kaya için petrogenetik ızgara hızla daha karmaşık hale gelir.

Uyumluluk diyagramları

Uyumluluk diyagramları , kaya bileşimindeki değişikliklerin , belirli basınç ve sıcaklık koşullarında bir kayada gelişen mineral parajenezini nasıl etkilediğini analiz etmek için mükemmel bir yol sağlar .

Ayrıca bakınız

Dipnotlar

Referanslar

  • Bucher, Kurt, 2002, Metamorfik Kayanın Petrojenezi , Springer
  • Eskola P., 1920, Kayaların Mineral Yüzleri , Norsk. Jeol. Tidsskr., 6, 143–194
  • Gillen, Cornelius, 1982, Metamorfik Jeoloji: Tektonik ve Metamorfik Süreçlere Giriş , Londra; Boston: G. Allen ve Unwin ISBN  978-0045510580
  • Marshak, Stephen, 2009, Essentials of Geology, WW Norton & Company, 3. baskı. ISBN  978-0393196566
  • Vernon, RH, 1976, Metamorfik Süreçler , Halsted Press
  • Vernon, Ronald Holden, 2008, Metamorfik Petrolojinin İlkeleri , Cambridge University Press ISBN  978-0521871785

daha fazla okuma

  • Winter JD, 2001, Magmatik ve Metamorfik Petrolojiye Giriş , Prentice-Hall ISBN  0-13-240342-0 .

Dış bağlantılar