Tartalom
A földkéregben a metamorf folyamatok hatására, az átkristályosodás mellett, megváltozik a kőzetek eredeti (relikt) és újonnan keletkező metamorf ásványainak irányítottsága, geometriai elrendeződése, azaz a kőzet szerkezete, illetve szövete is. Ez a jelenség többnyire a fellépő irányított nyomás okozza. A metamorfózis valójában szilárd fázisú átkristályosodás.
A metamorf folyamatokban érvényesülő nyomás (helyesebben feszültség) több tényezőből tevődik össze:
1. lito- vagy hidrosztatikai nyomás – phidr, irányítatlan és értéke átlagosan 30 MPa/km; a fedő kőzetek nyomásából származik,
2. stressz- vagy irányított nyomás – pstressz, kialakulását tektonikai folyamatok okozzák,
3. gőz- vagy fluid nyomás – pfluid, a rendszerben lévő könnyen illók hatására alakul ki.
Fontos, hogy összeadódó hatásról van szó, és nem külön-külön működőekről! A legtöbb üledékes kőzetben a leülepedés után, a betemetődés előrehaladtával megkezdődnek a fázisátalakulások, mely folyamatot diagenezisnek nevezik.
A metamorf folyamatok tartományát a diagenezistől folyamatos határ választja el 150±50°C körül. A felső hőmérsékleti határt a kőzetek olvadása definiálja. Magmás intrúziók környezetében már igen alacsony nyomáson metamorfózis, míg gyors szubdukció esetén az alábukó lemez anyagának átalakulása akár 300-400 MPa nyomáson is történhet. A kéreg-köpeny határ kb. 100 MPa litosztatikus nyomással jellemezhető. A metamorfózis kezdetét leggyakrabban a következő ásványok megjelenése jelzi: heulandit, laumontit, glaukofán, prehnit, pumpellyit, stilpnomelán. Az olvadási hőmérsékletet azonban a nyomás, a kőzet összetétele és a könnyen illók jelenléte jelentősen befolyásolja.
Annak függvényében, hogy a metamorf átalakulást okozó PT viszonyok a litoszféra mekkora részén hatnak, megkülönböztetünk regionális és lokális metamorf folyamatokat (4. ábra).
Regionális metamorfózis
1. Dinamotermális (orogén) metamorfózis – Szűk értelemben regionális metamorfózisnak az orogén metamorf átalakulásokat értjük, melyeket hosszú ideig fennálló dinamikus környezet, több egymást követő deformációs fázis, 150-1100ºC hőmérséklet, 2-30 kbar nyomás és 5-60ºC/km hőmérsékleti gradiens jellemez. A regionális metamorf kőzeteket rendszerint irányított szövet jellemzi. A fő hatótényezők az irányított nyomás (pstressz) és a hőmérséklet (T) együttes és nagymértékű változása, növekedése. A folyamat hosszú évmilliókig vagy tízmillió évekig is eltart, az átkristályosodás és a deformáció fázisainak sorozatával, amelynek során polimetamorf kőzetek képződnek. A kőzetek palásak, gyűrtek vagy lineáltak, gyakran a korábbi deformációs irányok nyomai valamint a korábbi ásványfázisok reliktumai még felismerhetőek.
2. Eltemetődési (burial), betemetődéses metamorfózis – Süllyedő medencék üledékei és vulkáni kőzetei a diagenezist követően fokozatosan metamorf viszonyok közé kerülnek. A mélység miatt megemelkedett nyomás és hőmérséklet következtében a kémiai rendszernek megfelelő metamorf ásványok rendszerint megjelennek, de az izotróp nyomási térben irányított szövet (pl. palásság) nem alakul ki, a kőzetek eredeti szövete, szerkezete meg tud őrződni. A fő hatótényező elsősorban a fokozatosan leülepedő kőzetek súlyából adódó lito- vagy hidrosztatikai nyomás (phidr), valamint másodsorban a lefelé növekedő hőmérséklet, ez utóbbi értéke azonban a kisfokú metamorfózis határát nem haladja meg (<250-300°C).
3. Hidrotermális metamorfózis
Óceánaljzati metamorfózis – Az óceáni kéregrészben, az óceáni hátságok aktív vulkáni környezetében és egyéb tengeralatti vulkanizmus során lejátszódó hidrotermális metamorf folyamat. A fő hatótényező elsősorban a leszivárgó és felmelegedő tengervíz okozta metaszomatózis, amihez a mélységgel fokozatosan együttjáró hőmérséklet és nyomásnövekedés járul. Elsősorban ultrabázisos és bázisos magmás kőzetek zeolit-, zöldpala- illetve maximálisan amfibolit fáciesű átalakulása zajlik. A kőzetek nem palásak, hasonlóan a kontinentális burial metamorfózishoz. További jellegzetessége, hogy a kőzetek erekkel sűrűn átjártak, ami a nagy mennyiségű, cirkuláló, felforrósodott tengervíznek köszönhető.
Szubdukciós övek hidrotermális metamorfózisa – Az orogén övek magmás folyamataival kapcsolatos hidrotermális tevékenység szintén okozhat metamorfózist az alábukó óceáni kéreg kőzetein. Ebben a folyamatban is az illódús oldatok metaszomatózisa a fő hatótényező, a metamorfózis jellege és viszonyai az óceánfenéki metamorfóziséhoz nagyon hasonlóak.
Aktív geotermális területekhez kapcsolódó metamorfózis – A hidrotermális metamorfózis egyes magas hőfluxusú területeken is hat, ahol a vulkáni-utóvulkáni folyamatokhoz kapcsolódóan a fluidumok is nagy szerepet játszanak a magas hőmérséklet (és esetleg nyomás) mellett a kőzetek átalakításában. Legismertebb területei: Új-Zéland, Japán (szubdukcióhoz kapcsolódik), Kalifornia (transzform vetőhöz kapcsolódik) és Izland (riftesedéshez kapcsolódik).
4. ábra. A metamorfózis típusai a különböző lemeztektonikai helyzetekben (Tasa Graphic Arts ábrája alapján módosítva)
Lokális metamorfózis
1. Kontakt metamorfózis – A kontakt vagy termális metamorfózist a magma hőhatása okozza, magmás benyomulások környezetében, illetve vastag lávafolyások alatt. E metamorf típusban a nyomásnak nincs jelentős szerepe. A fő hatótényező tehát a magmából eredő nagy hő, de esetenként a kémiai anyagcserével járó metaszomatikus folyamatok is jelentősek lehetnek. Azt a zónát, amelyre a kontakt metamorfózis hatása kiterjed, kontakt udvarnak nevezzük. Ennek szélessége általában néhány métertől néhány kilométerig terjedhet. A kontakt metamorfózis hatása ott a legnyilvánvalóbb, ahol a nagytömegű magmás test üledékes kőzetekkel, azon belül is agyagos- vagy karbonátos kőzetekkel érintkezik (5. ábra).
5. ábra. A kontakt metamorfózis során létrejövő szaruszirt és szkarn típusú jelenségek
2. Diszlokációs (dinamikus) metamorfózis – Az ilyen metamorf folyamatok a törések, vetők, nyírási övezetek vagy áttolódások környezetében jellemző. A viszonylag kis hőmérsékleten fellépő nagy mechanikai- és nyírási feszültségek (pstressz) a kőzet és a kőzetalkotó ásványok mechanikai felaprózódását okozza. Az így kialakult kataklázitok (vetőbreccsák, vetőagyagok) nem foliáltak. A súrlódás következtében a hőmérséklet helyenként olyan mértékben megnövekedhet, hogy a kőzet egy kis része megolvad, majd gyorsan kihűlve üvegesen megszilárdul. Nagyobb mélységekben már átkristályosodás és plasztikus deformáció is létrejöhet, aminek következtében sávos-foliált szerkezetek alakulnak ki, amit milonitosodásnak nevezünk.
3. Impakt (sokk) metamorfózis – Meteorit becsapódások eredményeképpen kialakuló metamorfózis. A kőzet és a kőzetalkotó ásványok átalakulását a hatalmas sebességgel becsapódó meteorit és az általa keltett "sokk hullámok" okozzák. A rövid idő alatt végbemenő folyamat során a hőmérséklet néhány ezer fok Celsiust is elérhet, a nyomás pedig akár a 10 GPa nagyságot is meghaladhatja. A sokk hullámok hatására például a homokkövekben előforduló kvarc erősen deformálódik sőt más polimorf módosulattá alakul (coesit, stishovit). Az impakt metamorfózisnak elsősorban a Holdon illetve más, légkörrel nem rendelkező égitesteken van nagy jelentősége.