Skały metamorficzne: definicja, powstawanie, przykłady i rodzaje

Poznaj skały metamorficzne: definicja, procesy powstawania, rodzaje i przykłady (marmur, łupek, kwarcyt) — zrozum ich genezę, właściwości i zastosowania.

Skała metamorficzna jest rodzajem skały, która została zmieniona przez ekstremalne ciepło i ciśnienie. Jej nazwa pochodzi od słów "morph" (co oznacza formę) i "meta" (co oznacza zmianę).

Pierwotna skała zostaje podgrzana (temperatura powyżej 150 do 200 °C) i poddana ciśnieniu (1500 barów). Powoduje to głębokie zmiany fizyczne i/lub chemiczne. Pierwotną skałą może być skała osadowa, iglasta lub inna starsza skała metamorficzna.

Pod powierzchnią Ziemi zawsze panuje większe ciśnienie i wyższa temperatura. W korzeniach łańcucha górskiego lub wulkanu siły te wystarczą do zmiany kształtu warstw i minerałów, z których są zbudowane. Skała osadowa, która znalazła się w pobliżu takich sił, często wygląda tak, jakby gigant ją skręcił i podgrzał nad ogniem. Przykłady skał metamorficznych:

• Marmur jest skałą metamorficzną powstałą z wapienia.
• Łupek jest metamorficzną skałą mułowcową lub łupkiem.
• Kwarcyt jest metamorficznym piaskowcem.

Rekrystalizacja minerałów po podgrzaniu powoduje zniszczenie wszelkich skamieniałości, które skały mogły zawierać. Skały te powstają, gdy skały iglaste lub osadowe poddane są działaniu ekstremalnego ciepła i ciśnienia, w wyniku czego całkowicie zmieniają swoją formę i charakterystykę. Takie formy skał nazywane są skałami metamorficznymi.

Jak powstają skały metamorficzne — procesy i warunki

Skały metamorficzne powstają w wyniku metamorfizmu — szeregu procesów, które zachodzą, gdy istniejące skały (protolit) zostają poddane podwyższonej temperaturze, ciśnieniu i/lub działaniu płynów. Zmiany obejmują:

• rekrystalizację — zmiana wielkości i kształtu ziaren mineralnych bez topnienia;
• reakcje chemiczne — tworzenie nowych minerałów stabilnych w nowych warunkach;
• reorientację minerałów — powstawanie struktur foliacyjnych lub łupliwości pod wpływem naprężeń kierunkowych;
• intruzje i kontakt termiczny — miejscowy metamorfizm związany z ogrzewaniem przez magmę;
• działanie płynów hydrotermalnych — wymiana jonów i metasomatoza, co może zmieniać skład chemiczny skały.

Typowe warunki metamorfizmu obejmują temperatury od około 150–200 °C (początek metamorfizmu) do kilkuset stopni lub więcej (w wysokim stopniu metamorfizmu), oraz ciśnienia od kilkuset barów do kilku lub nawet kilkunastu kilobarów (czyli od dziesiątek do setek MPa). Dokładne wartości zależą od typu metamorfizmu i głębokości.

Rodzaje metamorfizmu

• Metamorfizm kontaktowy (termiczny) — lokalny, wywołany przez ciepło magmy i ograniczony strefą przykontaktową; przeważają zmiany termiczne przy niewielkim wpływie naprężeń kierunkowych.
• Metamorfizm regionalny (dynamotermalny) — związany z subdukcją, kolizjami płyt i budową gór; obejmuje duże obszary, silne ciśnienia i temperatury oraz powstawanie foliacji.
• Metamorfizm dynamiczny — związany głównie z naprężeniami i ścinaniem w strefach uskoku (powoduje deformację i lokalne przeobrażenia minerałów).
• Metamorfizm hydrotermalny i metasomatoza — przebudowa skał przez gorące roztwory, zmiany chemiczne i wprowadzanie lub usuwanie pierwiastków.

Tekstury i struktury skał metamorficznych

Z punktu widzenia budowy wyróżnia się m.in.:

• skały foliowane — o warstwowej, spłaszczonej strukturze (np. łupki, fillity, łupkowce, łupki łyszczykowe, gnejsy); foliacja powstaje przez układanie się płytekowatych minerałów (np. biotytu, chlorytu).
• skały niewarstwowe (bezfoliacyjne) — np. marmur, kwarcyt — mają równomierną, ziarnistą teksturę bez wyraźnej folii.
• linie strukturalne — pasma, porfiry, porfirowe struktury powstające przy nierównomiernym przeobrażeniu.

Stopień metamorfizmu i minerały wskaźnikowe

Metamorfizm rozpoznaje się także po mineralach charakterystycznych dla określonych warunków (tzw. minerały wskaźnikowe). Przykłady:

• niskie stopnie: chlorit, serycyt, glaukofan;
• średnie: biotyt, garnet, amfibol;
• wysokie: kyanit, sillimanit, staurolit, granulityczne minerały.

Obserwacja tych minerałów pomaga określić warunki temperatury i ciśnienia, w których skała przeszła metamorfizm (tzw. facje metamorfizmu: np. facja zielonych łupków, amfibolitowa, granulitowa).

Przykłady skał metamorficznych i ich protolity

• Marmur — powstaje z wapienia lub dolomitu; używany w rzeźbie i budownictwie ze względu na jednorodną, często atrakcyjną strukturę.
• Kwarcyt — przekształcony piaskowiec, o bardzo twardej, odpornej fakturze.
• Łupek metamorficzny (slate) — powstaje z mułowca lub łupków ilastych; charakteryzuje się dobrą łupliwością i jest używany np. na dachówki.
• Fillit, łupek łyszczykowy, łupek łupkowy — kolejne stopnie przeobrażenia mułowców i łupków, różniące się wielkością i wyglądem minerałów.
• Gnejs — silnie zfoliowana skała metamorficzna, często z pasmami kwarcu i składników ilastych; może powstawać z granitów lub skał osadowych poddanych silnemu metamorfizmowi.
• Eclogit, amfibolit — przykłady skał wysokiego stopnia metamorfizmu powstających z bazaltów lub gabbro w warunkach wysokiego ciśnienia i temperatury.

Zastosowania i znaczenie

• Skały metamorficzne mają duże znaczenie gospodarcze: marmur jako materiał budowlany i rzeźbiarski, kwarcyt jako kruszywo, gnejs i łupki jako kamienie dekoracyjne.
• Metamorfizm ujawnia historię tektoniczną i warunki geologiczne rejonu (np. kolizje płyt, głębokość subdukcji).
• W złożach mineralnych metamorfizm może tworzyć koncentracje metali i minerały gospodarcze (np. rudy metali, złoża rudy żelaza w formie magnetytu czy skarny).

Podsumowanie

Skały metamorficzne to rezultat przemian istniejących skał pod wpływem podwyższonej temperatury, ciśnienia i płynów. Charakteryzują się różnorodnymi teksturami (od foliowanych do niewarstwowych), różnymi stopniami przeobrażenia oraz bogactwem minerałów wskaźnikowych, które pozwalają odczytać warunki ich powstania. Przykłady takie jak marmur, kwarcyt czy łupek pokazują, jak bardzo różne mogą być efekty metamorfizmu.

Rodzaje metamorfizmu

Metamorfizm regionalny

Metamorfizm regionalny, lub metamorfizm dynamiczny, występuje w wielkich masach skalnych. Skały mogą ulegać metamorfozie już przez samo przebywanie na dużych głębokościach pod powierzchnią Ziemi. Tam działają na nie wysokie temperatury i wielki ciężar warstw skalnych znajdujących się powyżej.

Duża część dolnej skorupy kontynentalnej jest metamorficzna, z wyjątkiem niedawnych intruzji iglastych. Poziome ruchy tektoniczne, takie jak kolizja kontynentów, tworzą pasy orogeniczne. Wzdłuż tych pasów występuje wysoka temperatura, ciśnienie i deformacja. Jeśli zmetamorfizowane skały są później wypiętrzane i odsłaniane przez erozję, widać je jako długie pasy lub inne duże obszary na powierzchni.

Metamorfizm kontaktowy

Metamorfizm kontaktowy występuje wtedy, gdy magma jest wtłaczana do otaczającej ją skały litej (skały rodzimej). Zachodzące zmiany są największe tam, gdzie magma styka się ze skałą. Temperatury były tam najwyższe i malały wraz z oddalaniem się od niej.

Minerały metamorficzne

Minerały metamorficzne to takie, które tworzą się tylko w wysokich temperaturach i ciśnieniach metamorfizmu. Minerały te, znane jako minerały wskaźnikowe, obejmują sillimanit, kyanit, staurolit, andaluzyt i niektóre granaty.

Inne minerały, takie jak oliwiny, pirokseny, amfibole, mice, skalenie i kwarc mogą występować w skałach metamorficznych. Niekoniecznie są one wynikiem procesu metamorfizmu. Minerały te powstały podczas krystalizacji skał iglastych. Są one stabilne w wysokich temperaturach i ciśnieniach i mogą pozostać chemicznie niezmienione podczas procesu metamorficznego.

Marmur z okresu Mississippian w Big Cottonwood Canyon, Góry Wasatch, Utah


Kontakt metamorficzne skały z przeplatanych kalcytu i serpentynu z prekambru w Kanadzie. Kiedyś uważano, że jest to skamieniałość zwana Eozoön canadense. Skala w mm.

Pytania i odpowiedzi

P: Co to jest skała metamorficzna?

P: Jakie są przykłady skał metamorficznych?

P: Jak powstają skały metamorficzne?

P: Co dzieje się ze skamieniałościami w pierwotnej skale podczas procesu formowania?

P: Skąd bierze się to intensywne ciepło i ciśnienie?

P: Jakie temperatury muszą być osiągnięte, aby nastąpiła ta zmiana?

Szukaj według litery