Metamorfne kamnine: definicija, nastanek, lastnosti in primeri (marmor, kvarcit)

Metamorfna kamnina je vrsta kamnine, ki se je spremenila zaradi izjemne toplote in pritiska. Njeno ime izhaja iz "morph" (pomeni oblika) in "meta" (pomeni sprememba).

Prvotno kamnino segrejejo (temperature nad 150 do 200 °C) in stisnejo (1500 barov). To povzroči velike fizikalne in/ali kemične spremembe. Prvotna kamnina je lahko sedimentna kamnina, magmatska kamnina ali druga starejša metamorfna kamnina.

Pod površjem Zemlje je vedno večji pritisk in višja temperatura. V korenu gorske verige ali vulkana bodo te sile dovolj, da spremenijo obliko plasti in mineralov, iz katerih je zgrajena. Sedimentna kamnina, ki je bila v bližini takšnih sil, je pogosto videti, kot da bi jo velikan zvil in segrel nad ognjem. Primeri metamorfnih kamnin:

• Marmor je metamorfna kamnina, nastala iz apnenca.
• Skrilavec je metamorfni blatnik ali skrilavec.
• Kvarcit je metamorfni peščenjak.

Rekristalizacija mineralov po segrevanju običajno povzroči uničenje morebitnih fosilov, ki so jih kamnine vsebovale. Te kamnine nastanejo, ko so magmatske ali sedimentne kamnine izpostavljene izjemni vročini in tlaku, zaradi česar se njihova oblika in lastnosti popolnoma spremenijo. Takšne kamnine se imenujejo metamorfne kamnine.

Nastanek in glavni procesi

Metamorfizem se lahko zgodi na različnih razdaljah od površja in ob različnih geoloških dogodkih. Glavni tipi metamorfizma so:

• Regionalni metamorfizem – nastaja pri velikih pritiskih in temperaturah ob trku tektonskih plošč (npr. ob nastanku gorskih verig). Povzroči široka območja spremenjenih kamnin.
• Kontaktni (termalni) metamorfizem – nastane v bližini vročih magmatskih teles; vpliv temperature je glavni dejavnik, območje je običajno manjše (a z močnim preoblikovanjem).
• Metamorfizem pod vplivom stiskanja (dynamic/kataklastni) – povezan s prelomnimi conami in velikimi napetostmi, pogosto povzroči zdrobljene ali prelomljene strukture kamnin.

Ključni procesi so rekristalizacija (nastanek večjih kristalov iz manjših), preusmeritev mineralov (izotermalna razgradnja ali rast novih mineralov) in orientacija ploščatih mineralov, kar vodi v foliacijo (slojno ali trakasto zgradbo).

Temperatura, tlak in fluidi

Metamorfizem poteka v širokem razponu temperatur in pritiskov. Približno ločimo stopnje metamorfizma (metamorfni grade): nizke (nizke temperature in pritisk), srednje in visoke (visoke temperature in pritisk). Poleg T in P pomembno vlogo igrajo tudi tekoči ali plinasti fluidi (voda z raztopljenimi ioni), ki olajšajo prenos elementov in rast novih mineralov.

Teksture in strukture

• Foliated (slojevita): skrilavci, filiti, škriljci, gnajs — nastane zaradi orientacije ploščatih mineralov (npr. glineni minerali, biotit, muskovit).
• Non-foliated (neslojevita): marmor, kvarcit — če prevladujejo enakemični minerali brez izrazite orientacije, se razvije neslojevita tekstura.
• Banded/gnajsstexture: izmenjava svetlih in temnih mineralnih pasov pri močni preobrazbi in delokalizaciji mineralnih sestav.

Minerali kot indikatorji pogojev

Nekateri minerali so indeksni — povedo nam približno tlačno-temperaturne razmere, v katerih je kamnina nastala. Primeri: kianit, silimanit in staurolit - kažejo različne temperature in pritiske; granat se pogosto pojavi v metamorfnih kamninah srednjega do visokega grejanja.

Lastnosti in uporaba metamorfnih kamnin

Metamorfne kamnine imajo pogosto večjo trdnost in gostoto kot izhodiščne kamnine. Ozemlje fosilov in prvotna poroznost sta običajno izgubljena zaradi rekristalizacije. Zaradi teh lastnosti se metamorfne kamnine uporabljajo v gradbeništvu, kot okrasni kamen in v industriji:

• Marmor: uporabljajo za kiparstvo, obloge in tla; poliran, privlačen zaradi barvnih in teksturnih variacij.
• Kvarcit: zelo trd in odporen na obrabo; uporablja se za tlakovanje, kot agregat in v gradbenih materialih.
• Škrilavec in filit se uporabljata za strešnike in dekorativne namene, gnajs za gradbeni kamen in obloge.

Primeri: marmor in kvarcit

Marmor nastane iz apnenca z rekristalizacijo kalcitnih zrn; kristali se zrastijo in tvorijo gosto, enakomerno strukturo, ki se dobro polira. Barvne variacije povzročajo primesi (npr. železove spojine, grafit ali glina).

Kvarcit nastane iz peščenjaka, ko se kremenova zrnca zlepijo v gosto trdno maso. Kvarcit je zelo odporen na kemično raztapljanje in mehanske poškodbe, zato je pogosto uporabljen v gradbeništvu in kot agregat.

Kako prepoznati metamorfne kamnine v naravi

• Iskanje foliacijske ali pasovne strukture (slojanje, trakovi različnih mineralov).
• Prisutnost novih mineralov, kot so granat, kianit ali muskovit.
• Visoka trdnost in kompaktna struktura brez ohranjenih fosilov.
• Izgled "preoblikovanih" sedimentnih plasti — zvite ali zložene plasti, nagnjene proti stiskanju.

Metamorfne kamnine povedo veliko o geološki zgodovini območja: o preteklih pogojih temperature, pritiska in tektonskih dogajanjih. Razumevanje njihovega nastanka pomaga geologom rekonstruirati zgodovino skorje in uganiti, kje lahko nastajajo rudniška nahajališča ali primerna mesta za gradbene materiale.

Vrste metamorfizma

Regionalni metamorfizem

Regionalni metamorfizem ali dinamični metamorfizem se pojavlja v velikih masah kamnin. Kamnine se lahko metamorfizirajo že samo zato, ker se nahajajo na velikih globinah pod površjem Zemlje. Tam so izpostavljene visokim temperaturam in veliki teži zgornjih plasti kamnin.

Večina spodnje celinske skorje je metamorfna, razen nedavnih magmatskih intruzij. Horizontalni tektonski premiki, kot je trkanje celin, ustvarjajo orogene pasove. Ob teh pasovih se pojavljajo visoke temperature, pritiski in deformacije. Če se metamorfozirane kamnine pozneje dvignejo in izpostavijo zaradi erozije, jih na površju vidimo kot dolge pasove ali druga velika območja.

Kontaktni metamorfizem

Kontaktni metamorfizem nastane, ko se magma vbrizga v okoliško trdno kamnino (kamnino). Spremembe, ki se pojavijo, so največje tam, kjer magma pride v stik s kamnino. Tam so bile temperature najvišje in so se z oddaljevanjem od nje zniževale.

Metamorfni minerali

Metamorfni minerali so tisti, ki nastanejo le pri visokih temperaturah in pritiskih metamorfizma. Ti minerali, znani kot indeksni minerali, vključujejo sillimanit, kianit, staurolit, andaluzit in nekatere granate.

V metamorfnih kamninah lahko najdemo tudi druge minerale, kot so olivini, pirokseni, amfiboli, sljude, skaleni in kremen. Ni nujno, da so posledica procesa metamorfizma. Ti minerali so nastali med kristalizacijo magmatskih kamnin. Pri visokih temperaturah in pritiskih so stabilni in lahko ostanejo kemično nespremenjeni med metamorfnim procesom.

Misisipijski marmor v kanjonu Big Cottonwood, Wasatch Mountains, Utah


Kontaktna metamorfna kamnina iz prepletenega kalcita in serpentina iz prekambrija v Kanadi. Nekoč so jo imeli za fosil, imenovan Eozoön canadense. Merilo v mm.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je metamorfna kamnina?

V: Kateri so primeri metamorfnih kamnin?

V: Kako nastanejo metamorfne kamnine?

V: Kaj se med nastajanjem kamnin zgodi s fosili, ki so v prvotni kamnini?

V: Od kod prihajata ta močna vročina in pritisk?

V: Kakšne temperature morajo biti dosežene, da pride do te preobrazbe?

Išči po črki