בהשפעת לחץ, טמפרטורה גבוהה, הסרה או החדרה של חומרים לסלעים - משקע, מגמטי, מטמורפי, כל שהוא - לאחר היווצרותם מתרחשים תהליכי שינוי, וזוהי מטמורפיזם. ניתן לחלק תהליכים כאלה לשתי קבוצות רחבות: מטמורפיזם מקומי ועמוק. האחרון נקרא גם אזורי, והראשון - מטמורפיזם מקומי. זה תלוי בקנה המידה של התהליך.
מטמורפיזם מקומי
מטמורפיזם מקומי הוא קטגוריה גדולה מדי, והיא גם מחולקת למטמורפיזם הידרותרמי, כלומר טמפרטורה נמוכה ובינונית, מגע ואוטומטמורפיזם. זה האחרון הוא תהליך השינוי בסלעים מאתיים לאחר התמצקות או התקשות, כאשר הם מושפעים מתמיסות שיוריות, שהן תוצר של אותה מאגמה ומסתובבות בסלע. דוגמאות למטמורפיזם כזה הן סרפנטיניזציה של דולומיטים, סלעים אולטרה-מאפיים וסלעים בסיסיים, וכלוריזציה של דיאבאזים. הסוג הבא מאופייןכבר בשמו.
מטמורפיזם של מגע מתרחש בגבולות של סלעים מארח ומאגמה מותכת, כאשר טמפרטורות, נוזלים (גזים אינרטיים, בורון, מים) המגיעים ממאגמה פועלים. הילה או אזור של פגיעות מגע יכולים להיות בין שניים לחמישה קילומטרים מהמאגמה המוצקה. סלעים אלה של מטמורפיזם מראים לעתים קרובות מטזומטיזם, כאשר סלע או מינרל אחד מוחלפים באחרים. לדוגמה, קשר skarns, hornfelses. התהליך ההידרותרמי של מטמורפיזם מתרחש כאשר סלעים משתנים עקב תמיסות תרמיות מימיות המשתחררות באמצעות התמצקות והתגבשות של התפרצות. גם כאן יש חשיבות רבה לתהליכי המטזומטיזם.
מטמורפיזם אזורי
מטמורפיזם אזורי מתרחש על פני אזורים נרחבים שבהם קרום כדור הארץ נייד ושקוע בהשפעת תהליכים טקטוניים באזורים נרחבים עד לעומק. כתוצאה מכך נוצרים לחצים גבוהים במיוחד וטמפרטורות גבוהות. מטמורפיזם אזורי הופך אבני גיר פשוטות ודולומיטים לגולות, וגרניטים, דיוריטים, סיניטים לגנייס גרניט, אמפיבוליטים ושיסטים. זאת בשל העובדה שבעומקים בינוניים וגדולים טמפרטורות ומדדי לחץ כאלה שהאבן מתרככת, נמסה ושוב זורמת.
סלעים של מטמורפיזם מסוג זה נבדלים על ידי האוריינטציה שלהם: כאשר מרקמים מסיביים זורמים, הם הופכים לפסים, ליניאריים, מפצלים, גנייסיים, וכל ציוני הדרך ניתנים ביחס לכיוון הזרימה. עומקים קטנים אינם מאפשרים זאת. כי המטמורפיזם של סלעים מראה לנוסלעים כתושים, מפצלים, חרסית או מרוטים. אם ניתן לקשר סלעים שהשתנו עם קווים מסוימים, אנו יכולים לדבר על מטמורפיזם מקומי של נקע כמעט-שבר (דינמומטמורפיזם). הסלעים שנוצרו בתהליך זה נקראים מילוניטים, פצלים, קקיריטים, קטקלזיטים, ברקיות. סלעים אבנים שעברו את כל שלבי המטמורפיזם נקראים אורתורוקים (אלו אורתושיסטים, אורתוגניסים וכו'). אם סלעי המטמורפיזם הם משקע, הם נקראים פארא-סלעים (אלו פרשיסטים או פרגנייס, וכן הלאה).
תאוריות מטמורפיזם
בתנאים תרמודינמיים מסוימים של מהלך המטמורפיזם, מבחינים בקבוצות של סלעים, כאשר אסוציאציות מינרלים תואמות לתנאים אלה - טמפרטורה (T), לחץ כולל (Рtotal), לחץ חלקי של מים (P H2O).
סוגי מטמורפיזם כוללים חמש נקודות עיקריות:
1. לוחות ירוקים. הפאשיה הזו מתרחשת בטמפרטורה מתחת למאתיים וחמישים מעלות וגם הלחץ אינו גבוה מדי - עד 0.3 קילובר. הוא מאופיין בביוטיט, כלוריד, אלביט (פלגיוקלאזים חומציים), סריציט (מוסקוביט עדין פתית) וכדומה. בדרך כלל הפאשיה הזו מונחת על סלעי משקע.
2. Fascia Epidote-Amphibolite מתקבל בטמפרטורה של עד ארבע מאות מעלות ולחץ של עד קילובר. כאן, אמפיבולים (לעיתים קרובות אקטינוליט), אפידוטה, אוליגוקלאז, ביוטיט, מוסקוביט וכדומה יציבים. ניתן לראות את הפאשיה הזו גם בסלעי משקע.
3. Amphibolite fascia נמצא על כל סוגסלעים - גם סמיים וגם משקעים וגם מטמורפיים (כלומר, פאשיות אלה כבר היו נתונים למטמורפיזם - פאשיה אפידוטה-אמפיבולית או ירוקה). כאן, התהליך המטמורפי מתרחש בטמפרטורות של עד שבע מאות מעלות צלזיוס, והלחץ עולה לשלושה קילובר. פאשיה זו מאופיינת במינרלים כגון פלגיוקלאז (אנדזין), הורנבלנדה, אלמנדין (נופך), דיופסיד ואחרים.
4. גרנוליט פאשיה זורם בטמפרטורה של למעלה מאלף מעלות בלחץ של עד חמישה קילובר. מינרלים שאינם מכילים הידרוקסיל (OH) מתגבשים כאן. לדוגמה, אנסטייט, היפרסטן, פירופ (נופך מגנזי), לברדור ואחרים.
5. Eclogite fascia עובר בטמפרטורות הגבוהות ביותר - יותר מאלף וחצי מעלות, והלחץ יכול להיות יותר משלושים קילובר. Pyrope (נופך), פלגיוקלאז, אומפציט (פירוקסן ירוק) יציבים כאן.
משחה אחרת
מגוון של מטמורפיזם אזורי הוא אולטרה-מטמורפיזם, כאשר סלעים נמסים לחלוטין או חלקית. אם באופן חלקי - זוהי אנטקסיס, אם לחלוטין - זו palingenesis. כמו כן נבדלת מיגמטיזציה - תהליך מורכב למדי שבו נוצרים סלעים בשכבות, שבהן סלעים מאציים מתחלפים עם שריד, כלומר חומר המקור. גרניטיזציה היא תהליך נפוץ, כאשר התוצר הסופי הוא מגוון גרניטואידים. זהו, כביכול, מקרה מיוחד של התהליך הכללי של היווצרות גרניט. כאן אנו זקוקים להחדרה של אשלגן, נתרן, סיליקון והסרה של סידן, מגנזיום, ברזל עם הבסיס הפעיל ביותר, מים ופחמן דו חמצני.
Diaphthoresis או מטמורפיזם רגרסיבי נפוצים גם הם. אסוציאציות של מינרלים שנוצרו בלחצים ובטמפרטורות גבוהות מוחלפות בפאשיות שלהם בטמפרטורה נמוכה. כאשר פאסיה אמפיבוליט מונחת על גבי גרנוליט פאסיה, ופשיה ירוקה ואפידוטה-אמפיבולית וכן הלאה, מתרחשת דיאפטורזה. בתהליך של מטמורפיזם מופיעים מרבצים של גרפיט, ברזל, אלומינה וכדומה, וריכוזי הנחושת, הזהב והפולימתכות מופצים מחדש.
תהליכים וגורמים
תהליכי השינוי והלידה מחדש של סלעים מתרחשים בפרקי זמן ארוכים מאוד, הם נמדדים במאות מיליוני שנים. אבל אפילו לא אינטנסיבי מדי, גורמים משמעותיים של מטמורפיזם מובילים לשינויים ענקיים באמת. הגורמים העיקריים הם, כאמור, לחצים וטמפרטורות הפועלים בו זמנית בעוצמות שונות. לפעמים גורם כזה או אחר מנצח בחדות. לחץ יכול לפעול גם על סלעים בדרכים שונות. זה יכול להיות מקיף (הידרוסטטי) ומכוון באופן חד צדדי. עלייה בטמפרטורה מגבירה את הפעילות הכימית, כל התגובות מואצות על ידי אינטראקציה של תמיסות ומינרלים, מה שמוביל להתגבשותם מחדש. כך מתחיל תהליך המטמורפיזם. מאגמה לוהטת חודרת לתוך קרום כדור הארץ, מפעילה לחץ על סלעים, מחממת אותם ומביאה איתה הרבה חומרים במצב נוזל ואדי, וכל זה מקל על תגובות עם סלעים מארח.
סוגי מטמורפיזם מגוונים, בדיוק כמו ההשלכות של תהליכים אלה מגוונים. בְּבכל מקרה, המינרלים הישנים עוברים טרנספורמציה ונוצרים חדשים. בטמפרטורות גבוהות, זה נקרא הידרומטמורפיזם. עלייה מהירה וחדה בטמפרטורה של קרום כדור הארץ מתרחשת כאשר מאגמה עולה וחודרת לתוכו, או שהיא עשויה להיות תוצאה של טבילה של בלוקים שלמים (שטחים גדולים) של קרום כדור הארץ במהלך תהליכים טקטוניים לעומקים גדולים. ישנה התכה לא משמעותית של הסלע, שבכל זאת גורמת לעפרות ולסלעים לשנות את הרכב הכימי והמינרלים ואת התכונות הפיזיקליות, לפעמים אפילו משתנה צורת מרבצי המינרלים. לדוגמה, המטיט ומגנטיט נוצרים מהידרוקסידים של ברזל, קוורץ מאופל, מתרחשת מטמורפיזם של פחם - מתקבל גרפיט, ואבן גיר מתגבשת לפתע לשיש. טרנספורמציות אלו מתרחשות, אמנם במשך זמן רב, אך תמיד בצורה מופלאה, המעניקה לאנושות מרבצים של מינרלים.
תהליכים הידרותרמיים
כשיש תהליך של מטמורפיזם, לא רק לחצים וטמפרטורות גבוהים משפיעים על המאפיינים שלו. תפקיד עצום מוקצה לתהליכים הידרותרמיים, שבהם מעורבים גם מי צעירים המשתחררים ממאגמות מתקררות וגם מים עיליים (ונדוזים). המינרלים האופייניים ביותר מופיעים אפוא בסלעים שעברו מטמורפוזה: פירוקסנים, אמפיבולים, גרנטים, אפידוטה, כלוריטים, נציצים, קורונדום, גרפיט, סרפנטין, המטיט, טלק, אסבסט, קאוליניט. קורה שמינרלים מסוימים שולטים, יש כל כך הרבה מהם שאפילו השמות משקפים את גודל התוכן: גני פירוקסן, גני אמפיבול, ביוטיטצפחים וכדומה.
ניתן לאפיין את כל תהליכי היווצרות המינרלים - גם מגמטי, וגם פגמטיט וגם מטמורפיזמים - כתופעה של פרגנזה, כלומר נוכחות משותפת של מינרלים בטבע, הנובעת מהמשותף לתהליך היווצרותם. ותנאים דומים - פיזיקוכימיים וגיאולוגיים כאחד. פרגנזה מציגה את רצף שלבי ההתגבשות. ראשית - התכה מגמטית, אחר כך שאריות פגמטיט ונביעה הידרותרמית, או שאלו משקעים בתמיסות מימיות. כאשר מאגמה באה במגע עם סלעים בסיסיים, היא משנה אותם, אבל היא משנה את עצמה. ואם מתרחשים שינויים בהרכב הסלע החודרני, הם נקראים שינויים אנדו-מגע, ואם הסלעים המארחים משתנים, הם נקראים שינויים אקזו-מגע. הסלעים שעברו מטמורפיזם מהווים אזור או הילה של שינויים, שטבעם תלוי בהרכב המאגמה, וכן בתכונות ובהרכב הסלעים המארחים. ככל שהפער בהרכב גדול יותר, המטמורפיזם חזק יותר.
Sequence
טרנספורמציות מגע בולטות יותר בפריצות חומצה עשירות במרכיבים נדיפים. ניתן לסדר את הסלעים המארחים ברצף הבא (ככל שדרגת המטמורפיזם פוחתת): חרסיות ופצלים, אבני גיר ודולומיטים (סלעי קרבונט), לאחר מכן סלעי גזע, טוף געשי וסלעי טוף, אבני חול, סלעי סיליקסי. מטמורפזית המגע גוברת עם הגדלת הנקבוביות והבקעות של הסלע, שכן גזים ואדים מסתובבים בהם בקלות.
ותמיד,לחלוטין בכל המקרים, עובי אזור המגע הוא פרופורציונלי ישר לממדים של הגוף הפולשני, והזווית היא פרופורציונלית הפוך כאשר משטח המגע יוצר מישור אופקי. רוחב הילות המגע הוא בדרך כלל כמה מאות מטרים, לפעמים עד חמישה קילומטרים, במקרים נדירים מאוד אף יותר. העובי של אזור ה-exocontact גדול בהרבה מהעובי של אזור ה-endocontact. תהליכי המטמורפיזם בהיווצרות המתכת של אזור האקסו-מגע מגוונים הרבה יותר. הסלע האנדו-קונטקט הוא עדין גרגיר, לעתים קרובות למדי פורפיריטי, ומכיל יותר מתכות לא ברזליות. ב-exocontact, עוצמת המטמורפיזם יורדת בחדות רבה, ומתרחקת מהחדירה.
תת-מין של מטמורפיזם מגע
בואו נסתכל מקרוב על מטמורפיזם מגע והזנים שלו - מטמורפיזם תרמי ומטזומטי. רגיל - תרמי, זה מתרחש בלחץ נמוך למדי ובטמפרטורה גבוהה, אין זרימה משמעותית של חומרים חדשים מחדירה שכבר מתקררת. הסלע מתגבש מחדש, לעיתים נוצרים מינרלים חדשים, אך אין שינוי משמעותי בהרכב הכימי. פצלי חרס עוברים בצורה חלקה ל-hornfelses, ואבני גיר לגולות. מינרלים נוצרים לעתים רחוקות במהלך מטמורפיזם תרמי, למעט משקעים מזדמנים של גרפיט ואפטיט.
מטמורפיזם מטסומטי נראה בבירור במגעים עם גופים חודרניים, אך ביטוייו מתועדים לעתים קרובות באותם אזורים שבהם התפתחה מטמורפיזם אזורי. גילויים כאלהלעתים קרובות למדי ניתן לקשר עם מרבצי מינרלים. זה יכול להיות נציץ, יסודות רדיואקטיביים וכדומה. במקרים אלו בוצעה החלפת מינרלים, שהתנהלה בהשתתפות חובה של תמיסות נוזל וגז ולווה בשינויים בהרכב הכימי.
תזוזה והשפעה
יש הרבה מילים נרדפות למטמורפיזם של נקע, אז אם מוזכרים מטמורפיזם קינטי, דינמי, קטקלסטי או דינמומטמורפיזם, אנחנו מדברים על אותו דבר, שמשמעותו הטרנספורמציה המבנית של הסלע כאשר כוחות טקטוניים פעלו על זה באזורים של הפרעות בלתי רציפות לחלוטין במהלך קיפול הרים וללא כל השתתפות של מאגמה. הגורמים העיקריים כאן הם לחץ הידרוסטטי ופשוט לחץ (לחץ חד צדדי). לפי גודל ויחס הלחצים הללו, מטמורפיזם של נקע מגבש מחדש את הסלע באופן מלא או חלקי, אך לחלוטין, או שהסלעים נמעכים, נהרסים וגם מתגבשים מחדש. הפלט הוא מגוון של פצלים, מילוניטים, קטקלזיטים.
מטמורפיזם של פגיעה או פגיעה מתרחשת באמצעות גל הלם מטאוריטי חזק. זהו התהליך הטבעי היחיד שבו ניתן להבחין בסוגים אלה של מטמורפיזם. המאפיין העיקרי הוא המראה המיידי, לחץ שיא עצום, טמפרטורה מעל אלף וחצי מעלות. לאחר מכן נכנסו שלבי לחץ גבוה למספר תרכובות - רינגוודיט, יהלום, סטישווויט, קואסיט. סלעים ומינרלים נמחצים,סריגי הגביש שלהם נהרסים, מינרלים דיאפלקטיים וכוסות מופיעים, כל הסלעים נמסים.
ערכי מטמורפיזם
במחקר מעמיק של סלעים מטמורפיים, בנוסף לסוגי השינויים העיקריים המפורטים לעיל, נעשה שימוש לעתים קרובות בכמה משמעויות אחרות של מושג זה. זו, למשל, מטמורפיזם פרוגרדי (או פרוגרסיבי), המתקדם בהשתתפות פעילה של תהליכים אנדוגניים ומשמר את המצב המוצק של הסלע ללא פירוק או התכה. מלווה בהופעת אסוציאציות בטמפרטורה גבוהה יותר של מינרלים במקום קיומם של מינרלים בטמפרטורה נמוכה, מופיעים מבנים מקבילים, התגבשות מחדש ושחרור פחמן דו חמצני ומים ממינרלים.
מטמורפיזם רגרסיבי (או רטרוגרדי, או מונודיאפתורזה) נלקחת בחשבון גם כן. במקרה זה, טרנספורמציות מינרלים נגרמות על ידי הסתגלות של סלעים מטמורפיים וסלעים מגמטיים לתנאים חדשים בשלבים נמוכים יותר של מטמורפיזם, מה שהוביל להופעת מינרלים בטמפרטורה נמוכה במקום מינרלים בטמפרטורה גבוהה. הם נוצרו במהלך תהליכים קודמים של מטמורפיזם. מטמורפיזם סלקטיבי הוא תהליך סלקטיבי, שינויים מתרחשים באופן סלקטיבי, רק בחלקים מסוימים של הרצף. כאן, ההטרוגניות של ההרכב הכימי, תכונות המבנה או המרקם וכדומה.