Metamorfös sten
Metamorfa bergarter uppstår från omvandlingen av befintligt berg till nya bergarter i en process som kallas metamorfism . Den ursprungliga stenen ( protolit ) utsätts för temperaturer över 150 till 200 °C (300 till 400 °F) och ofta förhöjt tryck på 100 megapascal (1 000 bar ) eller mer, vilket orsakar djupgående fysiska eller kemiska förändringar. Under denna process förblir berget mestadels i fast tillstånd, men omkristalliseras gradvis till en ny textur eller mineralsammansättning. Protoliten kan vara en magmatisk , sedimentär eller existerande metamorf sten.
Metamorfa bergarter utgör en stor del av jordskorpan och utgör 12 % av jordens landyta. De klassificeras efter deras protolit, deras kemiska och mineraliska sammansättning och deras konsistens . De kan bildas helt enkelt genom att vara djupt begravda under jordens yta, där de utsätts för höga temperaturer och det stora trycket från bergskikten ovanför. De kan också bildas från tektoniska processer som kontinentala kollisioner, som orsakar horisontellt tryck, friktion och förvrängning. Metamorf bergart kan bildas lokalt när berget värms upp genom inträngning av het smält sten som kallas magma från jordens inre. Studiet av metamorfa bergarter (nu exponerade på jordytan efter erosion och höjning) ger information om de temperaturer och tryck som uppstår på stora djup i jordskorpan.
Några exempel på metamorfa bergarter är gnejs , skiffer , marmor , skiffer och kvartsit . Skiffer- och kvartsitplattor används i byggnadskonstruktion. Marmor är också uppskattad för byggnadskonstruktion och som medium för skulptur. Å andra sidan kan schistberggrunden utgöra en utmaning för anläggningstekniken på grund av dess uttalade svaghetsplan.
Ursprung
Metamorfa bergarter bildar en av de tre stora indelningarna av bergarter. De särskiljs från magmatiska stenar , som bildas från smält magma , och sedimentära stenar , som bildas från sediment som eroderats från existerande sten eller utfällts kemiskt från vattenförekomster.
Metamorfa bergarter bildas när befintligt berg omvandlas fysiskt eller kemiskt vid förhöjd temperatur, utan att faktiskt smälta i någon större grad. Betydelsen av uppvärmning i bildandet av metamorf sten noterades först av den banbrytande skotske naturforskaren James Hutton , som ofta beskrivs som den moderna geologins fader. Hutton skrev 1795 att vissa stenbäddar i de skotska högländerna ursprungligen hade varit sedimentära bergarter men hade omvandlats av stor värme.
Hutton spekulerade också i att tryck var viktigt i metamorfosm. Denna hypotes testades av hans vän, James Hall , som förseglade krita i ett provisoriskt tryckkärl konstruerat av en kanonpipa och värmde upp den i en järngjuteriugn. Hall fann att detta producerade ett material som starkt liknar marmor , snarare än den vanliga brända kalken som produceras genom uppvärmning av krita i det fria. Franska geologer lade sedan till metasomatism , cirkulationen av vätskor genom begravd sten, till listan över processer som hjälper till att åstadkomma metamorfism. Emellertid kan metamorfos ske utan metasomatism ( isokemisk metamorfism ) eller på djup av bara några hundra meter där trycken är relativt låga (till exempel vid kontaktmetamorfos ).
Metamorfa processer förändrar strukturen eller mineralsammansättningen hos den metamorfoserade bergarten.
Mineralogiska förändringar
_1_(45574881922).jpg)
Metasomatism kan förändra bulksammansättningen av en sten. Heta vätskor som cirkulerar genom porrummet i berget kan lösa upp befintliga mineral och fälla ut nya mineral. Upplösta ämnen transporteras ut ur berget av vätskorna medan nya ämnen förs in av färska vätskor. Detta kan uppenbarligen förändra stenens mineralsammansättning.
Förändringar i mineralsammansättningen kan dock ske även när bergets bulksammansättning inte förändras. Detta är möjligt eftersom alla mineraler är stabila endast inom vissa gränser för temperatur, tryck och kemisk miljö. omvandlas mineralet kyanit till andalusit vid en temperatur på cirka 190 °C (374 °F). Andalusit omvandlas i sin tur till sillimanit när temperaturen når cirka 800 °C (1 470 °F). Alla tre , Al2SiO5 . har identisk sammansättning Likaså är forsterit stabil över ett brett spektrum av tryck och temperatur i marmor , men omvandlas till pyroxen vid förhöjt tryck och temperatur i mer silikatrik sten som innehåller plagioklas , med vilken forsteriten reagerar kemiskt.
Många komplexa högtemperaturreaktioner kan äga rum mellan mineraler utan att de smälter, och varje mineralsammansättning som produceras ger oss en ledtråd om temperaturerna och trycken vid tidpunkten för metamorfosen. Dessa reaktioner är möjliga på grund av snabb diffusion av atomer vid förhöjd temperatur. Porvätska mellan mineralkorn kan vara ett viktigt medium genom vilket atomer utbyts.
Texturförändringar
Förändringen i bergartens partikelstorlek under metamorfosmprocessen kallas omkristallisation . Till exempel förändras de små kalcitkristallerna i den sedimentära bergarten kalksten och krita till större kristaller i den metamorfa bergarten marmor . I metamorfoserad sandsten resulterar omkristallisering av de ursprungliga kvartssandkornen i mycket kompakt kvartsit, även känd som metakvartsit, där de ofta större kvartskristallerna är sammankopplade. Både höga temperaturer och tryck bidrar till omkristallisation. Höga temperaturer tillåter atomer och joner i fasta kristaller att migrera, vilket omorganiserar kristallerna, medan höga tryck orsakar lösning av kristallerna i berget vid deras kontaktpunkt.
Beskrivning
Metamorfa bergarter kännetecknas av sin distinkta mineralsammansättning och struktur.
Metamorfa mineraler
Eftersom varje mineral är stabilt endast inom vissa gränser, indikerar närvaron av vissa mineraler i metamorfa bergarter de ungefärliga temperaturer och tryck vid vilka bergarten genomgick metamorfos. Dessa mineraler är kända som indexmineraler . Exempel inkluderar sillimanit , kyanit , staurolit , andalusit och viss granat .
Andra mineraler, såsom oliviner , pyroxener , hornblende , glimmer , fältspat och kvarts , kan hittas i metamorfa bergarter men är inte nödvändigtvis resultatet av metamorfisprocessen. Dessa mineraler kan också bildas under kristalliseringen av magmatiska bergarter. De är stabila vid höga temperaturer och tryck och kan förbli kemiskt oförändrade under den metamorfa processen.
Textur
Metamorfa bergarter är vanligtvis mer grovt kristallina än protoliten från vilken de bildades. Atomer i det inre av en kristall omges av ett stabilt arrangemang av angränsande atomer. Detta saknas delvis vid kristallens yta, vilket ger en ytenergi som gör ytan termodynamiskt instabil. Omkristallisation till grövre kristaller minskar ytarean och minimerar därmed ytenergin.
Även om kornförgrovning är ett vanligt resultat av metamorfism, kan sten som är intensivt deformerad eliminera spänningsenergi genom att omkristallisera som en finkornig sten som kallas mylonit . Vissa typer av sten, såsom de som är rika på kvarts, karbonatmineraler eller olivin, är särskilt benägna att bilda myloniter, medan fältspat och granat är resistenta mot mylonisering.
Foliation
Många sorters metamorfa stenar visar en distinkt skiktning som kallas foliation (som härrör från det latinska ordet folia , som betyder "löv"). Foliation utvecklas när en sten förkortas längs en axel under omkristallisering. Detta gör att kristaller av platta mineraler, såsom glimmer och klorit , roteras så att deras korta axlar är parallella med förkortningsriktningen. Detta resulterar i en bandad, eller folierad, sten, med banden som visar färgerna på mineralerna som bildade dem. Foliated rock utvecklar ofta klyvningsplan . Skiffer är ett exempel på en foliated metamorphic rock, som härrör från skiffer , och den visar vanligtvis välutvecklad klyvning som gör att skiffer kan delas i tunna plattor.
Vilken typ av blad som utvecklas beror på den metamorfa graden. Till exempel, med början med en lersten , utvecklas följande sekvens med ökande temperatur: Slamstenen omvandlas först till skiffer, som är en mycket finkornig, folierad metamorf bergart, karakteristisk för mycket låggradig metamorfos. Skiffer i sin tur omvandlas till fyllit , som är finkornig och finns i områden med låggradig metamorfism. Skifer är medelstor till grovkornig och finns i områden med medelgradig metamorfism. Höggradig metamorfos omvandlar bergarten till gnejs , som är grov till mycket grovkornig.
Bergarter som utsatts för ett jämnt tryck från alla håll, eller de som saknar mineraler med distinkta växtvanor, kommer inte att bladas. Marmor saknar platta mineraler och är i allmänhet inte folierad, vilket tillåter dess användning som material för skulptur och arkitektur.
Klassificering
Metamorfa bergarter är en av de tre stora indelningarna av alla bergarter, så det finns en stor variation av metamorfa bergarter. I allmänhet, om protoliten för en metamorf bergart kan bestämmas, beskrivs bergarten genom att lägga till prefixet meta- till protolitbergartens namn. Till exempel, om protoliten är känd för att vara basalt , kommer bergarten att beskrivas som en metabasalt. På samma sätt kommer en metamorf sten vars protolit är känd för att vara ett konglomerat att beskrivas som ett metakonglomerat . För att en metamorf bergart ska klassificeras på detta sätt bör protoliten vara identifierbar utifrån egenskaperna hos den metamorfa bergarten själv och inte härledas från annan information.
Enligt British Geological Surveys klassificeringssystem, om allt som kan fastställas om protoliten är dess allmänna typ, såsom sedimentär eller vulkanisk, är klassificeringen baserad på mineralläget (volymprocenten för olika mineral i berget). Metasedimentära bergarter delas in i karbonatrika bergarter (metakarbonater eller kalcilikatbergarter) eller karbonatfattiga bergarter, och de senare klassificeras ytterligare efter den relativa mängden glimmer i deras sammansättning. psammit med låg glimmer via semipelit till pelit med hög glimmer . Psammiter som mestadels består av kvarts klassificeras som kvartsit. Metaignea bergarter klassificeras på samma sätt som magmatiska bergarter, efter kiseldioxidhalt , från meta-ultramafisk bergarter (som är mycket låg i kiseldioxid) till metafisk bergarter (med hög kiseldioxidhalt).
Där mineraltillståndet inte kan fastställas, vilket ofta är fallet när berget först undersöks i fält, måste klassificeringen baseras på textur. Texturtyperna är:
- Skiffer , som är medelkorniga starkt bladade bergarter. Dessa visar den mest välutvecklade skistositeten, definierad som i vilken utsträckning platymineraler är närvarande och är inriktade i en enda riktning, så att berget lätt delar sig i plattor som är mindre än en centimeter (0,4 tum) tjocka.
- Gnejsar , som är mer grovkorniga och visar tjockare bladverk som skiffrar, med lager över 5 mm tjocka. Dessa visar mindre välutvecklad schistositet.
- Granofels , som inte uppvisar någon tydlig foliation eller skistositet.
En hornfels är en granofel som är känd för att härröra från kontaktmetamorfos. En skiffer är en finkornig metamorf bergart som lätt delar sig i tunna plattor men som inte uppvisar någon tydlig sammansättning. Termen används endast när mycket lite annat är känt om berget som skulle möjliggöra en mer bestämd klassificering. Texturklassificeringar kan ha prefix för att indikera en sedimentär protolit ( para- , såsom paraschist) eller magmatisk protolit ( orto- , såsom orthogneiss). När inget är känt om protoliten används texturnamnet utan prefix. Till exempel är en skiffer en sten med schistosstruktur vars protolit är osäker.
Särskilda klassificeringar finns för metamorfa bergarter med en vulkanisk protolit eller bildade längs en förkastning eller genom hydrotermisk cirkulation . Några speciella namn används för stenar av okänd protolith men känd modal sammansättning, såsom marmor, eklogit eller amfibolit . Särskilda namn kan också tillämpas mer generellt på bergarter som domineras av ett enda mineral, eller med en distinkt sammansättning eller form eller ursprung. Särskilda namn som fortfarande används i stor utsträckning inkluderar amfibolit, grönskifer , fyllit, marmor, serpentinit , eklogit, migmatit , skarn , granulit , mylonit och skiffer.
Den grundläggande klassificeringen kan kompletteras med termer som beskriver mineralinnehåll eller textur. Till exempel kan en metabasalt som uppvisar svag skistositet beskrivas som en gnejsisk metabasalt, och en pelit som innehåller rikligt med staurolit kan beskrivas som en staurolitpelit.
Metamorfa ansikten
|
Figur 1. Diagram som visar metamorfa facies i tryck - temperaturutrymme . Grafens område motsvarar förhållandena inom jordskorpan och den övre manteln . |
En metamorf facies är en uppsättning distinkta sammansättningar av mineraler som finns i metamorf bergart som bildas under en specifik kombination av tryck och temperatur. Den speciella sammansättningen är något beroende av sammansättningen av den protoliten, så att (till exempel) amfibolitfacies av en marmor inte kommer att vara identiska med amfibolitfacies av en pelit. Emellertid är facies definierade så att metamorf bergart med ett så brett spektrum av sammansättningar som är praktiskt kan tilldelas en viss facies. Den nuvarande definitionen av metamorfa facies är till stor del baserad på den finske geologen Pentti Eskolas arbete med förfinningar baserade på efterföljande experimentellt arbete. Eskola använde sig av zonscheman, baserade på indexmineraler, som pionjärer av den brittiske geologen George Barrow .
De metamorfa faserna beaktas vanligtvis inte när man klassificerar metamorfa bergarter baserat på protolit, mineralläge eller textur. Ett fåtal metamorfa facies producerar dock berg av sådan särprägel att faciesnamnet används för berget när en mer exakt klassificering inte är möjlig. De främsta exemplen är amfibolit och eklogit . British Geological Survey avråder starkt från användningen av granulit som en klassificering för bergarter som metamorfoserats till granulitfacierna. Istället kommer sådan sten ofta att klassas som en granofel. Detta tillvägagångssätt är dock inte allmänt accepterat.
Förekomst
Metamorfa bergarter utgör en stor del av jordskorpan och utgör 12 % av jordens landyta. Den nedre kontinentala skorpan är mestadels metamafic-berg och pelite som har nått granulitfacies . Den mellersta kontinentala jordskorpan domineras av metamorf bergart som har nått amfibolitfacies. Inom den övre jordskorpan, som är den enda delen av jordskorpan, kan geologer direkt ta prov på metamorfa bergarter endast från processer som kan inträffa på grunt djup. Dessa är kontakt (termisk) metamorfism , dynamisk (kataklastisk) metamorfism , hydrotermisk metamorfism och påverkan metamorphism . Dessa processer förekommer relativt lokalt och når vanligtvis endast lågtrycksfacierna, såsom hornfels- och sanidinitfacies . De flesta metamorfa bergarter bildas av regional metamorfos i den mellersta och nedre skorpan, där berget når de metamorfa faserna med högre tryck. Denna sten finns på ytan endast där omfattande höjning och erosion har grävt upp sten som tidigare låg mycket djupare i jordskorpan.
Orogena bälten
Metamorphic rock exponeras i stor utsträckning i orogena bälten som produceras av kollision av tektoniska plattor vid konvergerande gränser . Här har tidigare djupt nedgrävd sten förts upp till ytan genom landhöjning och erosion. Den metamorfa bergarten som exponeras i orogena bälten kan ha omvandlats helt enkelt genom att den befann sig på stora djup under jordens yta, utsatt för höga temperaturer och det stora trycket som orsakas av den enorma vikten av bergskikten ovanför. Denna typ av regional metamorfism är känd som begravningsmetamorfism . Detta tenderar att producera låggradig metamorf bergart. Mycket vanligare är metamorft berg som bildas under själva kollisionsprocessen. Kollisionen av plattor orsakar höga temperaturer, tryck och deformation i berget längs dessa bälten. Metamorfisk bergart som bildas i dessa miljöer tenderar att visa välutvecklad schistositet.
Metamorfa bergarter av orogena bälten visar en mängd olika metamorfa faser. Där subduktion äger rum, omvandlas basalten i den subdukterande plattan till högtrycksmetamorfa faser. Den genomgår initialt låggradig metamorfism till metabasalt av zeolit- och prehnit-pumpellyitfacierna , men när basalten subduceras till större djup, omvandlas den till blueschistfacies och sedan eklogitfacies . Metamorfos till eklogitfacies frigör en hel del vattenånga från berget, vilket driver vulkanismen i den överliggande vulkanbågen . Eklogit är också betydligt tätare än blueschist, vilket driver ytterligare subduktion av plattan djupt in i jordens mantel . Metabasalt och blueschist kan bevaras i blueschist metamorfa bälten som bildas av kollisioner mellan kontinenter. De kan också bevaras genom obduktion på den överordnade plattan som en del av ofioliter . Eklogiter finns ibland på platser för kontinental kollision, där det subducerade berget snabbt förs tillbaka till ytan, innan det kan omvandlas till granulitfacies i den varma övre manteln. Många prover av eklogit är xenoliter som förs upp till ytan av vulkanisk aktivitet.
Många orogena bälten innehåller metamorfa bälten med högre temperatur och lägre tryck. Dessa kan bildas genom uppvärmning av berget genom stigande magma från vulkaniska bågar, men i regional skala. Deformation och jordskorpans förtjockning i ett orogent bälte kan också producera dessa typer av metamorfa bergarter. Dessa stenar når greenschist- , amfibolit- eller granulitfacies och är de vanligaste av metamorfa stenar som produceras av regional metamorfos. Föreningen av en yttre högtrycks-, lågtemperaturmetamorf zon med en inre zon av lågtrycks-, högtemperaturmetamorfa bergarter kallas ett parat metamorft bälte . Japans huvudöar visar tre distinkta parade metamorfa bälten, motsvarande olika episoder av subduktion.
Metamorfa kärnkomplex
Metamorphic rock exponeras också i metamorphic kärna komplex , som bildas i regionen av jordskorpan förlängning. De kännetecknas av lågvinklade förkastningar som exponerar kupoler av metamorft berg i mitten eller nedre skorpan. Dessa erkändes och studerades först i Basin and Range Province i sydvästra Nordamerika, men finns också i södra Egeiska havet , på D'Entrecasteaux-öarna och i andra förlängningsområden.
Granitgrönstensbälten
Kontinentala sköldar är regioner av exponerade gamla stenar som utgör de stabila kärnorna på kontinenterna. Stenen som exponeras i de äldsta sköldområdena, som är av arkeisk ålder (över 2500 miljoner år gammal), tillhör mestadels granitgrönstensbälten. Grönstensbälten innehåller metavulkanisk och metasedimentär bergart som har genomgått en relativt mild grad av metamorfos, vid temperaturer på 350–500 °C (662–932 °F) och tryck på 200–500 MPa (2 000–5 000 bar) . De kan delas in i en lägre grupp av metabasalter, inklusive sällsynta meta komatiiter ; en mellangrupp av meta-mellan-rock och meta-felsic-rock; och en övre grupp av metasedimentär bergart.
Grönstensbälten är omgivna av högkvalitativ gnejsterräng som visar mycket deformerad lågtrycks-, högtemperatur- (över 500 °C (932 °F)) metamorfos till amfibolit- eller granulitfacierna. Dessa utgör det mesta av den exponerade bergarten i arkeiska kratonger.
Granitgrönstensbältena är inträngda av en särpräglad grupp av granitiska bergarter som kallas tonalit - trondhjemit - granodiorit eller TTG-svit. Dessa är de mest voluminösa bergarterna i kratonen och kan representera en viktig tidig fas i bildandet av kontinental skorpa.
Åsar i mitten av havet
Åsar i mitten av havet är där ny oceanisk skorpa bildas när tektoniska plattor flyttas isär. Hydrotermisk metamorfos är omfattande här. Detta kännetecknas av metasomatism av heta vätskor som cirkulerar genom berget. Detta producerar metamorf bergart av grönskifsar. Den metamorfa bergarten, serpentinite , är särskilt karakteristisk för dessa miljöer och representerar kemisk omvandling av olivin och pyroxen i ultramafisk berg till serpentingruppmineraler .
Kontakta aureoler
Kontaktmetamorfos sker när magma injiceras i det omgivande fasta berget ( country rock ) . Förändringarna som sker är störst varhelst magman kommer i kontakt med berget eftersom temperaturerna är högst vid denna gräns och minskar med avståndet från den. Runt den magmatiska bergarten som bildas från den kylande magman finns en metamorfoserad zon som kallas en kontaktaureol . Aureoler kan visa alla grader av metamorfos från kontaktytan till oförändrad (oförändrad) countryrock en bit bort. Bildandet av viktiga malmmineraler kan ske genom metasomatism vid eller nära kontaktzonen. Kontaktaureoler runt stora plutoner kan vara så mycket som flera kilometer breda.
Termen hornfels används ofta av geologer för att beteckna de finkorniga, kompakta, icke-folierade produkterna av kontaktmetamorfism. Kontaktaureolen uppvisar vanligtvis liten deformation, och därför saknar hornfels vanligtvis skistositet och bildar en seg, ekvigranulär sten. Om stenen ursprungligen var bandad eller folierad (som t.ex. en laminerad sandsten eller en folierad calc- schist ) får denna karaktär inte utplånas, och en bandad hornfels är produkten. Kontaktmetamorfism nära ytan producerar distinkta lågtrycksmetamorfa mineraler, såsom spinell , andalusite, vesuvianite eller wollastonite .
Liknande förändringar kan induceras i skiffer genom förbränning av kollag . Detta ger en bergart som heter klinker .
Det finns också en tendens till metasomatism mellan magma och sedimentära bergarter, varvid kemikalierna i vardera byts ut eller förs in i den andra. I så fall uppstår hybridbergarter som kallas skarn .
Andra händelser
Dynamisk (kataklastisk) metamorfism äger rum lokalt längs förkastningar . Här bildar intensiv klippning av berget typiskt myloniter.
Impact metamorphism skiljer sig från andra former av metamorphism genom att den äger rum under nedslagshändelser av utomjordiska kroppar. Den producerar sällsynta ultrahögtrycksmetamorfa mineraler, såsom coesite och stishovite . Coesite finns sällan i eklogit som kommer till ytan i kimberlitrör , men närvaron av stishovit är unik för stötstrukturer.
Används
Skifferpannor används i konstruktion, särskilt som takshingel.
Kvartsit är så hårt och tätt att det är svårt att bryta. En del kvartsit används dock som dimensionssten , ofta som plattor för golv, väggar eller trappsteg. Cirka 6 % av krossad sten, som mest används för vägmaterial, är kvartsit.
Marmor är också uppskattad för byggnadskonstruktion och som medium för skulptur.
Faror
Schistos berggrund kan utgöra en utmaning för anläggningsteknik på grund av dess uttalade svaghetsplan. En fara kan finnas även i ostörd terräng. Den 17 augusti 1959 destabiliserade en jordbävning med magnituden 7,2 en bergssluttning nära Hebgen Lake, Montana, bestående av skiffer. Detta orsakade ett massivt jordskred som dödade 26 personer som campade i området.
Metamorfoserad ultramafisk bergart innehåller serpentingruppmineraler, som inkluderar sorter av asbest som utgör en fara för människors hälsa.
Se även
- Blueschist
- Lista över bergarter
- Lista över stentexturer
- Metavulkanisk sten
- Neomorfism
- Subduktionszonens metamorfism
externa länkar
- Metamorfa texturer – Middle East Technical University
- Exempel på kontaktmetamorfism Arkiverad 2012-02-16 på Wayback Machine
- Metamorphic Rock Database ( MetPetDB ) – Institutionen för geo- och miljövetenskaper, Rensselaer Polytechnic Institute
- Metamorphic Rocks Tour, en introduktion till metamorphic rocks
- Atlas of Metamorphic Rocks – Detaljerade fält- och handexemplarfotografier av metamorfa bergarter grupperade efter miljö och komposition (Department of Earth Sciences, University of Oxford )
|
Metamorfisk petrologi
| ||
|---|---|---|
| Typer av metamorfism |  |
|
| Metamorfiska stenar | ||
| Metamorfa processer | ||
| Myndighetskontroll : Nationella bibliotek |
|---|
