Metamorfe gesteenten zijn de derde grote klasse van gesteenten. Ze komen voor wanneer sedimentair en stollingsgesteenten veranderd worden, of metamorfoseren, door omstandigheden onder de grond. De vier belangrijkste middelen die gesteenten metamorfoseren, zijn warmte, druk, vloeistoffen en spanning. Deze agenten kunnen op bijna oneindige manieren werken en interageren. Als gevolg hiervan komen de meeste van de duizenden zeldzame mineralen die de wetenschap kent voor in metamorfe gesteenten.
Metamorfisme werkt op twee schalen: regionaal en lokaal. Metamorfisme op regionale schaal treedt in het algemeen diep onder de grond op orogenieënof afleveringen in de bergen. De resulterende metamorfe gesteenten uit de kernen van grote bergketens zoals de Appalachen. Lokaal metamorfisme vindt plaats op een veel kleiner niveau, meestal door nabije indringers. Het wordt ook wel contactmetamorfisme genoemd.
Hoe metamorfe gesteenten te onderscheiden
Het belangrijkste kenmerk dat identificeert metamorfe gesteenten is dat ze worden gevormd door grote hitte en druk. De volgende eigenschappen houden daar allemaal verband mee.
- Omdat hun minerale korrels tijdens het metamorfisme stevig samen groeiden, zijn het over het algemeen sterke rotsen.
- Ze zijn gemaakt van verschillend mineralen dan andere soorten rotsen en hebben een breed scala aan kleuren en glans.
- Ze vertonen vaak tekenen van uitrekken of knijpen, waardoor ze een gestreept uiterlijk krijgen.
De vier agenten van regionaal metamorfisme
Warmte en druk werken meestal samen, omdat beide toenemen naarmate je dieper de aarde ingaat. Bij hoge temperaturen en drukken breken de mineralen in de meeste gesteenten af en veranderen ze in een andere set mineralen die stabiel zijn in de nieuwe omstandigheden. De kleimineralen van sedimentair gesteente zijn een goed voorbeeld. Kleien zijn oppervlakte mineralen, die zich vormen als veldspaat en mica, breken af onder de omstandigheden aan het aardoppervlak. Met hitte en druk keren ze langzaam terug naar mica en veldspaat. Zelfs met hun nieuwe minerale assemblages, kunnen metamorf gesteente dezelfde algemene chemie hebben als voorheen metamorfisme.
Vloeistoffen zijn een belangrijk agens van metamorfisme. De meeste rotsen bevatten wat water, maar sedimentgesteenten houden het meeste vast. Ten eerste is er het water dat vastzat in het sediment toen het gesteente werd. Ten tweede is er water dat vrijkomt door kleimineralen als ze weer veranderen in veldspaat en mica. Dit water kan zo geladen worden met opgeloste materialen dat de resulterende vloeistof in wezen een vloeibaar mineraal is. Het kan zuur of alkalisch zijn, vol siliciumdioxide (chalcedoon vormen) of vol sulfiden of carbonaten of metaalverbindingen, in eindeloze variëteiten. Vloeistoffen hebben de neiging om weg te dwalen van hun geboorteplaats en interageren met rotsen elders. Dat proces, dat de chemie van een gesteente en de minerale assemblage verandert, wordt metasomatisme genoemd.
Spanning verwijst naar elke verandering in de vorm van rotsen als gevolg van de kracht van stress. Beweging op een foutzone is een voorbeeld. In ondiepe rotsen vermalen en verpletteren schuifkrachten de minerale korrels (cataclasis) eenvoudig om een cataclasiet op te leveren. Voortdurend malen levert het harde en streperige gesteente myloniet op.
Verschillende graden van metamorfisme creëren onderscheidende sets metamorfe mineralen. Deze zijn georganiseerd in metamorfe facies, een tool waarmee petrologen de geschiedenis van metamorfisme.
Gebladerde vs. Non-foliated Metamorphic Rocks
Onder grotere hitte en druk, als metamorfe mineralen zoals mica en veldspaat zich beginnen te vormen, worden ze georiënteerd in lagen. De aanwezigheid van minerale lagen, foliatie genoemd, is een belangrijk kenmerk voor classificatie metamorfe gesteenten. Naarmate de spanning toeneemt, wordt de foliatie intenser en kunnen de mineralen zichzelf in dikkere lagen sorteren. De foliaire gesteentesoorten die zich onder deze omstandigheden vormen, worden schist of gneis genoemd, afhankelijk van hun textuur. Schist is fijn gebladerd terwijl gneis georganiseerd is in merkbare, brede banden van mineralen.
Non-foliated rotsen ontstaan wanneer de hitte hoog is, maar de druk aan alle kanten laag of gelijk is. Dit voorkomt dat dominante mineralen enige zichtbare uitlijning vertonen. De mineralen herkristalliseren echter nog steeds, waardoor de algehele sterkte en dichtheid van het gesteente toenemen.
De Basic Metamorphic Rock Types
De sedimentair gesteente metamorfoseert eerst in leisteen, vervolgens in phylliet, dan een micarijke leisteen. Het mineraal kwarts verandert niet onder hoge temperatuur en druk, hoewel het sterker gecementeerd wordt. Zo wordt het sedimentair gesteente zandsteen tot kwartsiet. Tussenliggende rotsen die zand en klei mengen - slikstenen - veranderen in leisteen of gneis. Het sedimentair gesteente herkristalliseert en wordt marmer.
Stollingsgesteenten geven aanleiding tot een andere reeks mineralen en metamorfe gesteentesoorten. Waaronder serpentiniet, blueschist, speksteen en andere zeldzamere soorten zoals eclogiet.
Het metamorfisme kan zo intens zijn, waarbij alle vier de factoren in hun uiterste bereik werken, dat de foliatie kan worden vervormd en geroerd als taffy; het resultaat hiervan is migmatiet. Met verder metamorfisme kunnen rotsen op elkaar gaan lijken plutonisch graniet. Dit soort gesteenten geven experts vreugde vanwege wat ze zeggen over diepgewortelde omstandigheden tijdens zaken als plaatbotsingen.
Contact of lokaal metamorfisme
Een type metamorfisme dat op specifieke plaatsen belangrijk is, is contactmetamorfisme. Dit gebeurt meestal in de buurt van stollende indringers, waarbij hete magma zichzelf in sedimentaire lagen dwingt. De rotsen naast de binnenvallende magma worden gebakken in hoornvellen of de grofkorrelige neef granofels. Magma kan brokken country-rock van de kanaalmuur rippen en ze ook in exotische mineralen veranderen. Oppervlakte-lavastromen en ondergrondse kolenbranden kunnen ook een mild contactmetamorfisme veroorzaken, vergelijkbaar met de mate die optreedt wanneer bakstenen bakken.