Metamorf kőzetek: definíció, hogyan keletkeznek hő és nyomás hatására

Metamorf kőzetek: fedezd fel, hogyan alakulnak át extrém hő és nyomás hatására, példáik és átkristályosodásuk titkai.

A metamorf kőzet olyan kőzettípus, amely extrém hő és nyomás hatására változott meg. A neve a "morph" (forma) és a "meta" (változás) szóból ered.

Az eredeti kőzetet felmelegítik (150-200 °C-nál magasabb hőmérsékleten) és nyomás alá helyezik (1500 bar). Ez mélyreható fizikai és/vagy kémiai változásokat okoz. Az eredeti kőzet lehet üledékes kőzet, vulkáni kőzet vagy más, régebbi metamorf kőzet.

A Föld felszíne alatt mindig nagyobb a nyomás és magasabb a hőmérséklet. Egy hegylánc vagy egy vulkán gyökerénél ezek az erők elegendőek ahhoz, hogy megváltoztassák a rétegek és a bennük lévő ásványok alakját. Az ilyen erők közelében lévő üledékes kőzet gyakran úgy néz ki, mintha egy óriás csavarta volna ki, és tűz fölött hevítette volna. Példák a metamorf kőzetekre:

• A márvány mészkőből keletkezett metamorf kőzet.
• A pala metamorf iszapkő vagy pala.
• A kvarcit egy metamorf homokkő.

Az ásványok átkristályosodása a felmelegedés után általában a kőzetekben található esetleges kövületek megsemmisülését okozza. Ezek a kőzetek akkor keletkeznek, amikor a magmás vagy üledékes kőzetek extrém hőnek és nyomásnak vannak kitéve, aminek következtében teljesen megváltozik a formájuk és a jellemzőik. Az ilyen formájú kőzeteket metamorf kőzeteknek nevezzük.

Kialakulás módjai (metamorfózis típusai)

A metamorf kőzetek létrejöhetnek többféle környezetben és különböző okok miatt. A legfontosabb típusok:

• Regionális metamorfózis: nagy kiterjedésű kőzettesteket érint, általában tektonikus összecsúszások, láncépülés (hegységképződés) közben. Jellemző a magas nyomás és közepes–magas hőmérséklet, gyakran laminált, réteges szerkezet (főnáció/fóliáció) alakul ki.
• Kontakt (érintkezési) metamorfózis: magmás testek mellett alakul ki, ahol a feláramló forró magma lokálisan felmelegíti a környező kőzetet. Itt a hő a domináns tényező, a zóna tipikusan keskeny.
• Dinamikus (súrlódásos) metamorfózis: törészónákban, vetők mentén a nagy mechanikai igénybevétel és helyi nyomás okozza az átalakulást; gyakran finom szemcsézettség és breccsa-szerű textúrák jellemzik.
• Hydrotermális metamorfózis: forró, ásványi anyagokban gazdag folyadékok (híg savak, sóoldatok) hatására változnak az ásványok és a kőzet kémiai összetétele.
• Eltemetődési (burial) metamorfózis: nagy rétegvastagság alatti hosszú távú melegedés és kompakció következménye; tipikusan lassú, alacsony- vagy közepes fokú átalakulást eredményez.

Hőmérséklet és nyomás — mit jelent ez a gyakorlatban?

Általánosságban a metamorfózis hőmérséklete körülbelül 150 °C-tól több száz °C-ig terjedhet; a nyomás tipikusan kisebb nyomástól (néhány 0.1 GPa) egészen több GPa-ig változhat, attól függően, hogy mélyen vagy felületesen zajlik-e az átalakulás. Geológusok gyakran kbar (kilobar) egységet használnak: 1 kbar ≈ 100 MPa. A metamorfózis foka alapján beszélünk alacsony, közepes és magas fokú metamorfózisról.

Mi történik a kőzetben — ásványok és textúrák

A metamorfózis során a kőzetekben többféle változás zajlik le:

• Átkristályosodás: meglévő ásványok újra növekednek, a szemcseméret megváltozhat (általában nagyobb, tisztább kristályok jönnek létre).
• Kémiai átalakulás: új, stabilabb ásványok képződnek a megváltozott hő- és nyomásviszonyok között (pl. csillámok, gránátok, staurolit).
• Foliáció és bandázs: irányított nyomás hatására létrejövő lapos elrendeződés, amely a kőzet megjelenését rétegzőtté vagy csíkossá teheti (pl. pala, csillámpala, gneisz).
• Kövületek elpusztulása: sok esetben a fosszíliák szerkezete megszűnik az átkristályosodás miatt, ezért a metamorf kőzetekben ritkák a jól megőrződött kövületek.

Példák és protolitok (eredeti kőzetek)

• Mészkő → márvány: az eredeti üledékes kőzet kalcitból vagy dolomitból áll, átkristályosodás hatására kristályos márvány lesz belőle.
• Iszapkő / agyag → pala (alacsonyabb fokú), majd magasabb fokon csillámpala, csillámsásos kőzetek alakulhatnak ki.
• Homokkő → kvarcit: kvarc szemcsék összenőnek, nagyon kemény, ellenálló kőzet jön létre.
• Sötétebb kémiai összetétel esetén a pala → csillámpala → csillámosság nő → gneisz fejlődhet (erősebb átrendeződés, sávos szerkezet).

Hogyan ismerik fel a geológusok a metamorf kőzeteket?

Geológusok azonosításhoz vizsgálják a kőzet textúráját, szemcseméretét, ásványösszetételét és a jelenlévő indexásványokat (pl. klorit, biotit, garnet, staurolit, kyanit, sillimanit). A laboratóriumi módszerek közé tartozik a vékonycsiszolatok mikroszkópos vizsgálata, röntgendiffrakció és kémiai elemzés. A kapott információkból ki lehet következtetni a kőzet átélt nyomás–hőmérséklet (P–T) viszonyait és metamorf fóráját.

Gazdasági és gyakorlati jelentőség

A metamorf kőzetek fontosak mind az építőanyag-, mind az ipari ásványok szempontjából. Példák:

• Márvány: díszítő kőzet, építőanyag, szobrászat.
• Kvarcit: építő- és díszítőanyag, homokkövek keménnyé válása miatt kopásálló.
• Pala: tetőfedő anyagok, burkolatok.
• Metamorfásványok: pl. gránátok ékszerként, egyes ásványok ipari felhasználása.

Összefoglalás

A metamorf kőzetek olyan eredeti (protolitos) kőzetekből keletkeznek, amelyek hő és nyomás hatására átkristályosodnak és átalakulnak. A metamorfózis különböző környezetekben zajlik (regionális, kontakt, dinamikus, hydrotermális stb.), és jelentősen megváltoztatja a kőzet ásványi összetételét, szerkezetét és megjelenését. A metamorf kőzetek tanulmányozása fontos a földtani folyamatok megértéséhez, valamint gazdasági és építészeti célokra is értékesek lehetnek.

A metamorfózis típusai

Regionális metamorfózis

A regionális metamorfózis vagy dinamikus metamorfózis nagy kőzettömegekben fordul elő. A kőzetek már attól is metamorfizálódhatnak, hogy nagy mélységben vannak a földfelszín alatt. Ott magas hőmérsékletet és a felette lévő kőzetrétegek nagy súlyát kapják.

Az alsó kontinentális kéreg nagy része metamorf, kivéve a közelmúltbeli vulkáni betöréseket. Az olyan vízszintes tektonikai mozgások, mint a kontinensek ütközése, orogén öveket hoznak létre. Ezen övek mentén magas hőmérséklet, nyomás és deformáció lép fel. Ha a metamorfizált kőzetek később felemelkednek és erózióval feltárulnak, hosszú övek vagy más nagy területek formájában jelennek meg a felszínen.

Kontakt metamorfózis

A kontakt metamorfózis akkor következik be, amikor a magma a környező szilárd kőzetbe (országkőzetbe) kerül. A bekövetkező változások ott a legnagyobbak, ahol a magma érintkezik a kőzettel. A hőmérséklet ott a legmagasabb, és a tőle való távolsággal csökken.

Metamorf ásványok

A metamorf ásványok olyan ásványok, amelyek csak a metamorfózis magas hőmérsékletén és nyomása alatt alakulnak ki. Ezek az indexásványokként ismert ásványok közé tartozik a szillimanit, a kyanit, a staurolit, az andaluzit és néhány gránát.

A metamorf kőzetekben egyéb ásványok, például olivin, piroxén, amfibolok, mészkő, földpátok és kvarc is előfordulhatnak. Ezek nem feltétlenül a metamorfózis folyamatának eredményei. Ezek az ásványok a vulkáni kőzetek kristályosodása során keletkeztek. Magas hőmérsékleten és nyomáson stabilak, és kémiailag változatlanok maradhatnak a metamorf folyamat során.

Mississippi márvány a Big Cottonwood Canyonban, Wasatch-hegység, Utah államban


Kanadai prekambriumból származó, egymásra rétegződött kalcitból és szerpentinből álló kontakt metamorf kőzet. Egykor úgy gondolták, hogy az Eozoön canadense nevű fosszília. Méretarány mm-ben.

Kérdések és válaszok

K: Mi az a metamorf kőzet?

K: Milyen példák vannak a metamorf kőzetekre?

K: Hogyan keletkeznek a metamorf kőzetek?

K: Mi történik az eredeti kőzetben lévő kövületekkel a képződési folyamat során?

K: Honnan jön ez az intenzív hő és nyomás?

K: Milyen hőmérsékletet kell elérni ahhoz, hogy ez a változás bekövetkezzen?

Keresés betűvel