METAMORFIZM

Metamorfizmem nazywamy procesy związane z przebudową skał w wyższych

temperaturach i ciśnieniach niż te, które panują na powierzchni Ziemi. Przebudowa ta dotyczyć może cech strukturalno - teksturalnych, składu mineralogicznego, a także w pewnych przypadkach, chemicznego. Procesy metamorficzne zachodzą zasadniczo w stanie stałym lub przy niewielkim tylko udziale fazy ciekłej i gazowej. Skały magmowe i osadowe mogą być przemieszczane do głębszych warstw skorupy ziemskiej, gdzie podlegają działaniu temperatur do 800 °C i ciśnienia rzędu tysięcy megapaskali. W warunkach tych dochodzi do zaburzenia równowagi i zachwiania trwałości składników mineralnych oraz cech strukturalno-teksturalnych skał. Najsilniejszym przeobrażeniom ulegają skały osadowe, tworzące się w warunkach zbliżonych do panujących na powierzchni Ziemi. Skały magmowe, których powstawanie związane jest z działaniem temperatur i ciśnień porównywalnych z panującymi w warunkach metamorfozy, przeobrażane są w mniejszym stopniu.

Procesy metamorfizmu uwarunkowane są działaniem następujących czynników:

1. Temperatura - procesy metamorficzne przebiegają w podwyższonej temperaturze, która zależy od głębokości zalegania skał w skorupie ziemskiej bądź sąsiedztwa magmy. Jest ona funkcją ogólnego gradientu termicznego oraz odległości od magmy intrudującej (wnikającej w skalną skorupę ziemską). Dopływ ciepła może być także spowodowany wstępującymi prądami konwekcyjnymi podłoża. Podwyższenie temperatury przyspiesza rekrystalizacją skał skrytokrystalicznych, prowadzi również do przyspieszenia reakcji chemicznych między składnikami skał metamorficznych.
2. Ciśnienie - ciśnienie uczestniczące w procesach metamorficznych może mieć charakter statyczny lub dynamiczny. Ciśnienie statyczne jest ciśnieniem hydrostatycznym i powstaje w wyniku ciężaru zalegającego nadkładu. Ciśnienie dynamiczne spowodowane jest ruchami tektonicznymi, ma charakter kierunkowy i określane jest mianem stressu. Zwiększone ciśnienie prowadzi do powstawania minerałów o większej gęstości niż gęstość minerałów uczestniczących w budowie skały wyjściowej. Ciśnienie hydrostatyczne powoduje prawie zawsze wzrost temperatury topnienia składników mineralnych skały. Dlatego na dużych głębokościach, mimo wysokich temperatur, minerały mogą utrzymać się w stanie stałym. Ciśnienie kierunkowe (stress) obniża natomiast topliwość minerałów oraz przyspiesza ich rozpuszczanie w cieczy międzyziarnowej. W zależności od rodzaju skał, temperatury oraz głębokości, stress powodować może różne efekty. W płytkich strefach i w obrębie skał sztywnych powoduje rozdrobnienie (granulację) składników mineralnych, zachowana zostaje jednak spoistość skały. Dodatkowo działanie stressu uruchamia w dużym stopniu rekrystalizację, czyli reakcje powiększania ziarn minerałów (krystaloblasteza) oraz przyczynia się do zmiany ich kształtu - wydłużenia w kierunku najmniejszego ciśnienia. W procesach metamorficznych znaczną rolę odgrywa także ciśnienie gazów, głównie pary wodnej i dwutlenku węgla.
3. Składniki gazowe i ciekłe - reakcje między minerałami są możliwe dopiero wtedy gdy przejdą, przynajmniej częściowo, do roztworu. Warunkiem rekrystalizacji jest także częściowe rozpuszczenie minerałów. W środowisku skalnym, w którym przebiegają procesy metamorficzne, obecna jest pewna ilość wody (w stanie gazowym), która odgrywa rolę rozpuszczalnika. O jej obecności w środowiskach metamorficznych świadczy choćby fakt, że powstają tu liczne minerały zawierające grupy hydroksylowe (OH) np.: łyszczyki, chloryt czy amfibole.
4. Czas - jest ważnym czynnikiem we wszystkich procesach geologicznych. Z reguły skały starsze, np. prekambryjskie, są w mniejszym lub większym stopniu przeobrażone. Tym niemniej znane są skały ze starszych okresów geologicznych słabo tylko lub wcale nie dotknięte procesami metamorficznymi, a także skały stosunkowo młode (np. z okresu kredowego) o wyraźnych znamionach przeobrażeń metamorficznych.

W zależności od rodzaju dominującego czynnika w procesach metamorficznych wyróżniamy

różne rodzaje metamorfizmu, z których najważniejsze są:

1. Metamorfizm termiczny (kontaktowy) ma miejsce wówczas, gdy skały dostaną się w bezpośrednie sąsiedztwo magmy. Nastąpić to może np. na skutek intruzji, tj. przemieszczenia się magmy w wyższe partie skorupy ziemskiej. Procesy metamorficzne przebiegają w strefie kontaktu, pod wpływem temperatury intrudującej magmy. Metamorfizm ten ma charakter lokalny.
2. Metamorfizm dyslokacyjny (dynamiczny) przebiega w strefach fałdowych, gdzie skały podlegają dużemu ciśnieniu kierunkowemu. Czynnikiem dominującym jest tu stress, temperatura odgrywa rolę podrzędną. Pod wpływem tego procesu zachodzi kruszenie i rozcieranie skał przy nieznacznej rekrystalizacji i wolno przebiegających reakcjach chemicznych. Metamorfizm ten ma charakter lokalny.
3. Metamorfizm regionalny obejmuje swoim zasięgiem wielkie obszary. Przebiega wtedy, gdy wskutek ruchów tektonicznych skały zostają pogrążone na znaczne głębokości, gdzie panuje duże ciśnienie i temperatura.
4. Metamorfizm metasomatyczny (allochemiczny) ma miejsce wówczas, gdy do środowiska skalnego, podlegającego jednemu z powyżej opisanych rodzajów metamorfizmu doprowadzone zostaną z głębi roztwory i gazy. Substancje te indukują rozmaite reakcje chemiczne polegające na rozpuszczeniu i wypieraniu jednych minerałów przy jednoczesnym powstawaniu nowych, w skład których wchodzą substancje pochodzące z zewnątrz.
5. Metamorfizm progresywny i regresywny. Metamorfizm progresywny przebiega w kierunku osiągnięcia wyższego stopnia zmetamorfizowania skał. Jeżeli jednak skały już zmetamorfizowane, w warunkach wysokiego ciśnienia i temperatury zostaną szybko przemieszczone w strefę wyraźnie niższych temperatur i ciśnień to dochodzi wówczas do przeobrażeń wstecznych. Procesy te nazywamy metamorfizmem progresywnym.
6. Ultramorfizm obejmuje procesy będące na granicy między procesami magmowymi i metamorficznymi. Procesy ultrametamorficzne polegają między innymi na częściowym przetopieniu skał metamorficznych lub przepojeniu produktami przetopienia.