A metamorfózis határai

A metamorfózis szilárd fázisú átkristályosodás. A kőzetek különféle földtani folyamatok (például orogenezis, szubdukció, utólagos magmabehatolás) hatására, eredeti képződési körülményeiktől jelentősen eltérő nyomás- és hőmérséklet viszonyok közé kerülhetnek, melyek során kőzetalkotó ásványaik kémiai és kristályszerkezeti átalakuláson (átkristályosodáson) mennek keresztül, valamint szerkezetük (például palásodás) és kőzetszövetük is megváltozik. Az ilyen módon keletkező kőzeteket metamorf kőzeteknek nevezzük.

A metamorf folyamatok jellemzésére használt két legfontosabb fizikai paraméter a nyomás (p) és a hőmérséklet (T), azonban ezek mellett a metamorf kőzetképződésben a kémiailag aktívfluidumok (jelük: C vagy X; gőzök-gázok és oldatok) is jelentős szerepet játszhatnak.

A metamorf folyamatokban fellépő nyomás típusai:

·         lito- vagy hidrosztatikai nyomás – p_hidr, irányítatlan és értéke átlagosan 3 kbar / 10 km; a fedő kőzetek nyomásából származik,

·         stressz- vagy irányított nyomás – p_stressz, kialakulásáért tektonikai folyamatok felelősek,

·         gőz- vagy fluid nyomás – p_fluid, a rendszerben lévő könnyen illók hatására alakul ki.

A kőzeteket érő hőhatásokért az alábbi folyamatok felelősek:

·         a Föld belső hője – hatása a felszíntől mért mélységgel arányos; a földkéregben tapasztalható hőmérsékletemelkedés mértéke a geotermikus gradienssel (egységnyi mélységnövekedésre eső hőmérsékletnövekedéssel) vagy a reciprok gradienssel (földi átlag 33 m/C°) jellemezhető, ami a Föld felszínén területenként változó, ugyanis elsősorban a nagytektonikai helyzet függvénye,

·         kőzetolvadék vagy magma behatolásából származó hő,

·         tektonikai folyamatok vagy meteoritbecsapódás során keletkező súrlódási hő.

A legtöbb üledékes kőzetben a leülepedés után nem sokkal, a betemetődés előrehaladtával megkezdődnek a fázisátalakulások, mely folyamatot diagenezisnek nevezik. Azok a nyomás- és hőmérséklet viszonyok, melyek esetében már metamorfózisról beszélnek a kutatók, azaz a diagenetikus és metamorf átalakulások közti határvonal bizonytalan és vitatott.

A felszínközeli, magmabehatolás következményeként lejátszódó kontakt metamorfózis néhány bar nyomáson megy végbe, míg a kimberlitből származó olivin-peridotit kőzetek képződése során a nyomás a 30-40 kbar-t is meghaladhatja.

A szilikátos kőzetekben a metamorfózis alsó határa 150±50 °C. A metamorfózis kezdetét leggyakrabban a következő ásványok megjelenése jelzi: heulandit, laumontit, glaukofán, prehnit,pumpellyit, stilpnomelán. Felső határát az a hőmérséklet jelenti, amelyen a kőzet még hosszú ideig szilárd fázisú marad, mielőtt anatektikus olvadása megkezdődik. Az olvadási hőmérsékletet azonban a nyomás, a kőzet összetétele és a könnyen illók jelenléte jelentősen befolyásolja. A földkéregben, 5 kbar nyomáson, száraz környezetben a gránit mintegy 1000 °C-on kezd megolvadni, míg H₂O jelenlétében ugyanez a folyamat már 660 °C-on elkezdődik. A bazaltos kőzetek esetében ugyanezek a hőmérsékleti értékek 1120 és 800 °C. Metamorfózis azonban nemcsak a földkéregben, hanem a köpenyben is zajlik, ahol a nagyobb nyomásviszonyok mellett 1500 °C-on is végbemehetnek szilárdfázisú reakciók, azaz a kőzetanyag megolvadása még ilyen hőmérsékleti tartományban sem következik be.