Meta = na; morphè = vorm.
Metamorfose is
rekristallisatie van gesteente op grote diepte onder invloed van veranderingen in fysische omstandigheden, zoals temperatuur en druk.
Bij deze rekristallisatie blijft de mineralogische en chemische samenstelling gelijk, behalve als er stoffen van buiten worden aangevoerd. Als de chemische samenstelling zich wel belangrijk wijzigt spreekt men van
metasomatose (vervanging). Daarbij vindt uitwisseling van gesteentevormende bestanddelen plaats. Druk en temperatuur beïnvloeden de metamorfe processen. Metamorfose vraagt een temperatuur van minstens 200°C. De temperatuur voor de metamorfose kan worden geleverd door de grote diepte. De
geothermische gradiënt is de toename van de temperatuur met de diepte. In W.Europa ongeveer 3°C per 100 m.
De fysische veranderingen hebben plaats in vaste gesteenten. Het poriënvocht, dat een klein percentage uitmaakt van het gesteente speelt vaak een grote rol in de plaatsvindende chemische en fysische reacties.
De oudst bekende gesteenten op de Aarde zijn 3800 miljoen jaar oud en gevonden op Groenland. Ze blijken metamorf te zijn. Dit en andere vondsten bevestigen de theorie, dat vrijwel alle zeer oude gesteenten op de Aarde zijn beïnvloed door metamorfose. Metamorfe gesteenten maken ca.85% uit van de bovenste 29 km van de aardkorst.
Men onderscheidt metamorfose in enkele hoofdgroepen:
- contactmetamorfose. Bij contactmetamorfose = thermische metamorfose heeft intrusie plaats van magma in de aardkorst. Dit proces kan op iedere diepte plaatshebben. De zone, waarin dit bij de intrusie plaatsvindt kan variëren van enkele cm tot vele kilometers.
- regionale metamorfose. Regionale metamorfose heeft plaats in grote gebieden, b.v. in de wortels van bergketens. De krachten worden uiteindelijk geleverd door het botsen van tektonische platen.
- hydrothermische metamorfose. Hydrothermale metamorfose ontstaat door intensieve activiteit van heet water. Vb. geisers in het Yellowstone National Park in de VS.
- dynamische metamorfose. Is een gevolg van gerichte druk of spanning, b.v. op een breukvlak. Soms bestaat de verandering uit het vermalen van gesteentekorrels of de heroriëntatie van kristallen. In enkele gevallen kan er zelfs smelting optreden. Door de grote spanning vindt geconcentreerd in schuifzones rekristallisatie plaats, waarbij ook reacties tussen verschillende mineralen kunnen optreden. Vanwege de hoge spanning blijft de korrelgrootte in schuifzones klein, waardoor vloeistoffen makkelijk in een schuifzone kunnen infiltreren. De aanwezigheid van vloeistoffen vergemakkelijkt op zijn beurt weer de reacties.
- pyrometamorfose. Heeft plaats, als een stuk gesteente wordt omringd door magma en de temperatuur van het magma aanneemt.
- omgekeerde metamorfose. Over het algemeen is metamorfose onomkeerbaar, ook al omdat er gasvormige of vloeibare bestanddelen ontwijken. In enkele gevallen vertonen metamorfe gesteenten toch sporen van een omgekeerde reactie bij dalende druk en temperatuur. Er is dan sprake van regressieve of retrogade.
- Begravingsmetamorfose vindt plaats in diepere sedimentaire bekkens. Door de grote hoeveelheid sediment die zich ophoopt en de snelle tektonische daling komen de sedimenten op dieptes (meerdere kilometers) waar de laagste graden van metamorfose kunnen plaatsvinden. Het resultaat zijn laaggradig metamorfe (zeolietfacies) sedimenten die geen of nauwelijks sporen van deformatie vertonen. Vaak zijn de originele sedimentaire structuren behouden gebleven, maar de mineralen omgezet. Sedimenten in dergelijke zeer diepe bekkens bevatten veel water, dat door de geotherm aangedreven convecteert. Vaak gaat begravingsmetamorfose daarom gepaard met metasomatisme. De diepe bekkens waar begravingsmetamorfose plaats kan vinden bevinden zich in de oceanen. Zoals langs passieve marges, aan de randen van het continentaal plat, of in de troggen boven subductiezones.
- Inslagmetamorfose is een zeldzaam type metamorfose dat plaatsvindt bij meteorietinslagen. Het wordt gekenmerkt door kortstondige extreem hoge druk, die gepaard gaat met extreme deformatie. Hierbij kunnen zeldzame hogedrukmineralen gevormd worden, zoals stishoviet of coesiet, hogedruk-polymorfen van silica. Bij meteorietinslagen worden cataclastische gesteenten zoals breccies en, wanneer pseudotachylieten gevormd.
Stishoviet is een zeer hard, dicht
tetragonale vorm (polymorf ) van
siliciumdioxide. Het werd lang beschouwd als het zwaarst bekende oxide maar onlangs werd boorsuboxide (B6O) ontdekt dat nog zwaarder is. Bij normale temperatuur en druk is stishoviet metastabiele, omdat het uiteindelijk zal vervallen tot kwarts, maar deze fase verandering is zo langzaam dat het nog nooit is waargenomen. Stishoviet werd genoemd naar Sergey M. Stishov, een Russische hoge druk natuurkundige die voor het eerst het mineraal heeft gesynthetiseerd in 1961. Het werd ontdekt in
Meteor Crater in 1962 door Edward CT Chao.
Metamorfose kan betrekking hebben op zowel magmatische als op sedimentaire gesteenten. Het voorvoegsel para- geeft aan, dat men te maken heeft met een metamorf gesteente van sedimentaire oorsprong. Het voorvoegsel ortho duidt op een magmatische oorsprong.
Welk gesteente er ontstaat als gevolg van metamorfose hangt af van de mineraalinhoud en van de fysische en chemische factoren, die bij de metamorfose een rol spelen. Bij toenemende druk en temperatuur treden er opeenvolgende graden van metamorfose op. Van laag naar hoog onderscheidt men de:
1.
zeolietfaciës.
2.
groenschistfaciës.
3.
amfibolietfaciës.
Bij nog hogere temperaturen begint er smelting op te treden en komen we op het terrein van het
plutonisme.
Structuur en textuur.
Als de structuur van een metamorf gesteente herkenbaar is terug te voeren op zijn oorsprongsgesteente, dan spreekt men van een
relictstructuur of
palimpsest.
Er kunnen ook geheel nieuwe structuren ontstaan, zoals druksplijting of clivage. (Druksplijting is een splijtbaarheid, in gesteenten door bergdruk ontstaan, die zich toont door het aanwezig zijn van een stelsel van dicht op elkaar volgende evenwijdige
diaklazen. Druksplijting wordt ook secundaire gelaagdheid genoemd. Druksplijting of clivage treedt in fijnkorrelige geplooide gesteenten dwars door alle plooien steeds in één richting op, die ongeveer loodrecht op de drukrichting staat.
De mineralen van metamorfe gesteenten ondergaan het veranderingsproces vaak onder gerichte grote druk. Dit geeft metamorfe gesteenten vaak een bijzondere textuur.
Leisteen is een fijnkorrelig gesteente, dat gemakkelijk kan worden gespleten: de z.g. leisplijting. Leiplaten vinden dan ook toepassing o.a. als dakbedekking.
Fylliet is iets grofkorreliger en heeft vaak een zilverachtige of groenige glans op de drukvlakken.
Schist is grofkorrelig en wordt gekenmerkt door plaatvormige en stengelvormige mineralen. Vaak zijn er laagjes kwarts en veldspaat tussengeschakeld.
Gneiss is korrelig met duidelijke parallelle structuren.
Hoornrots is fijnkorrelig. Het heeft een gelijkmatige textuur. Het is ontstaan door thermometamorfose, in dit geval door contactmetamorfose.
Uit
diabaas, ook wel doleriet genoemd en
basalt kunnen in de volgende metamorfosefasen o.a.
groenschist en
amfiboliet ontstaan. Bij contactmetamorfose ontstaat er een basische hoornrots.
Gneis kan ontstaan uit graniet of uit sedimentgesteenten.
Uit
zandsteen ontstaat in de hogere graad van metamorfose en bij contactmetamorfose
kwartsiet. De structuur kan gestreept of massief zijn.
Taunuskwartsiet is een kwartsiet uit het Onder-Devoon. De kleur is grijs, met wijnrode vlekken. Veelal dichte, grijze of lichtbruine kwartsieten met onregelmatige vlekken of banden. De Taunuskwartsieten uit de omgeving van
Epinal hebben veelal felle opvallende vlekken en zijn van ook gemakkelijk te herkennen. Aan de Taunuskwartsieten die in de Maasterrasafzettingen van Zuid-Limburg voorkomen zijn deze vlekken soms moeilijk waar te nemen, of door erosie zelfs geheel verdwenen.
Revinienkwartsiet is een Cambrische kwartsiet uit het
Massief van Stavelot en het
Massief van Rocroi. Komt voor in ons Maasgrind.
Uit zuivere kalksteen ontstaat er in elke metamorfosegraad
marmer door rekristallisatie. Het bestanddeel is calciet. De structuur is gelaagd of massief.
Uit onzuivere kalksteen kan er achtereenvolgens kalkschist, een kalk-silicaatgesteente, ook wel ofocalciet genoemd of gneis ontstaan. Bij contactmetamorfose kan er een kalkhoornrots ontstaan.
Uit
grauwacke ontstaan er in de lagere fasen schisten en in de hoge fase
gneis of
granuliet.
Uit kleiige gesteenten en schalies kan er een hele reeks metamorfe gesteenten ontstaan, zoals
leisteen,
fylliet,
schist.
Voorbeeld: van schalie tot gneis
Leisteen is metamorf ontstaan uit
schalie. In leisteen vormen zich al vroeg in de beginfase van metamorfose enkele nieuwe mineralen van de glimmergroep, vnl.
chlorieten en
sericiet. Er ontstaan chloriet-en sericietleien. In een volgende fase wordt de leisteen een fylliet. Het is iets grofkorreliger en bevat glimmermineralen,zoals
muscoviet ook een sericiet. Gaat het proces verder dan vormen zich
biotiet,
epidoot,
granaat en soms ook
amfibool. Men heeft dan een
schist (glimmerschist). Verder vormen zich ook
stauroliet, granaat en soms
veldspaat, waardoor een hoogmetamorfe gneis ontstaat.
Volledigheidshalve: gneizen, ontstaan uit oorspronkelijke sedimenten, heten paragneizen. Als een oorspronkelijk stollingsgesteente wordt omgevormd dan ontstaat er orthogneis.
Nemen druk en temperatuur nog verder toe en zet het proces zich dus nog verder voort, dan ontstaan er ultra-metamorfe omstandigheden en wordt er magma gevormd. Het gesteente ondergaat een ultra-metamorf granitisatieproces. Als later zo'n magmamassa stolt ontstaan er in de ondergrond een lichamen van stollingsgesteente,
plutonen of intrusies, b.v. een
batholiet.