metamorf gesteente

metamorf gesteente, elk van een klasse stenen die het gevolg is van de verandering van reeds bestaand gesteente als reactie op veranderende omgevingsomstandigheden, zoals variaties in temperatuur, druk en mechanische belasting, en de toevoeging of aftrekking van chemische componenten. De reeds bestaande rotsen kunnen stollings -, sedimentaire of andere metamorfe rotsen zijn.

het woord metamorfisme komt uit het Grieks voor “verandering van vorm”; metamorfe gesteenten zijn afgeleid van stollings-of sedimentaire gesteenten die hun vorm hebben veranderd (geherkristalliseerd) als gevolg van veranderingen in hun fysieke omgeving. Metamorfisme omvat veranderingen zowel in de mineralogie als in het weefsel van het oorspronkelijke gesteente. In het algemeen worden deze veranderingen veroorzaakt door het binnendringen van heet magma in koelere omringende rotsen (contactmetamorfisme) of door grootschalige tektonische bewegingen van de lithosferische platen van de aarde die de druk-temperatuurcondities van de rotsen veranderen (regionale metamorfisme; zie ook platentektoniek). Mineralen in het oorspronkelijke gesteente, of protoliet, reageren op de veranderende omstandigheden door met elkaar te reageren om een nieuwe minerale assemblage te produceren die thermodynamisch stabiel is onder de nieuwe druk-temperatuuromstandigheden. Deze reacties komen voor in de vaste toestand, maar kunnen worden vergemakkelijkt door de aanwezigheid van een vloeibare fase die de korrelgrenzen van de mineralen. In tegenstelling tot de vorming van stollingsgesteenten kristalliseren metamorfe rotsen niet uit een silicaatsmelting, hoewel metamorfisme bij hoge temperaturen kan leiden tot gedeeltelijk smelten van het gastheergesteente.

omdat metamorfisme een reactie is op veranderende fysische omstandigheden, zullen de gebieden van het aardoppervlak waar dynamische processen het actiefst zijn ook gebieden zijn waar metamorfe processen het intensst zijn en gemakkelijk kunnen worden waargenomen. Het uitgestrekte gebied van de Pacifische marge, bijvoorbeeld, met zijn seismische en vulkanische activiteit,is ook een gebied waar materialen worden begraven en intens metamorfose. In het algemeen zijn de randen van continenten en regio ’s van bergbouw de regio’ s waar metamorfe processen met intensiteit doorgaan. Maar op relatief rustige plaatsen, waar sedimenten zich langzaam ophopen, treden ook minder spectaculaire veranderingen op als reactie op veranderingen in druk-en temperatuuromstandigheden. Metamorfe rotsen worden daarom verspreid over de geologische kolom.

omdat het grootste deel van de aardmantel vast is, kunnen daar ook metamorfe processen optreden. Mantelrotsen worden zelden aan het oppervlak waargenomen omdat ze te dicht zijn om op te stijgen, maar af en toe is er een glimp van hun opname in vulkanische materialen. Dergelijke rotsen kunnen monsters vertegenwoordigen van een diepte van een paar honderd kilometer, waar een druk van ongeveer 100 kilobars (3 miljoen inches Mercurius) kan werken. Experimenten onder hoge druk hebben aangetoond dat weinig van de gemeenschappelijke mineralen die aan het oppervlak voorkomen, diep in de mantel zullen overleven zonder over te gaan naar nieuwe, hoge-dichtheid fasen, waarin atomen dichter bij elkaar zijn verpakt. Zo transformeert de gebruikelijke vorm van SiO2, kwarts, met een dichtheid van 2,65 gram per kubieke cm (1,53 ounces per kubieke inch), naar een nieuwe fase, stishoviet, met een dichtheid van 4,29 gram per kubieke centimeter (2,48 ounces per kubieke inch). Dergelijke veranderingen zijn van cruciaal belang in de geofysische interpretatie van het binnenste van de aarde.

in het algemeen nemen de temperaturen toe met de diepte binnen de aarde langs krommen die geothermen worden genoemd. De specifieke vorm van de geotherm onder elke locatie op aarde is een functie van zijn overeenkomstige lokale tektonische regime. Metamorfisme kan optreden wanneer een rots van de ene positie naar de andere beweegt langs een enkele geotherm of wanneer de geotherm zelf van vorm verandert. De eerste kan plaatsvinden wanneer een rots wordt begraven of opgetild met een snelheid die het mogelijk maakt om thermisch evenwicht met zijn omgeving te handhaven. Dit type van metamorfisme treedt op onder langzaam afnemende sedimentaire bekkens en ook in de dalende oceanische plaat in sommige subductiezones. Dit laatste proces vindt plaats hetzij wanneer heet magma de thermische toestand van een stationaire rots binnendringt en verandert, hetzij wanneer het gesteente snel wordt getransporteerd door tektonische processen (bijvoorbeeld duwfouten of grootschalige vouwen) naar een nieuw dieptetemperatuurregime in bijvoorbeeld botsingsgebieden tussen twee continenten (zie ook fout en vouw). Ongeacht welk proces plaatsvindt, is het resultaat dat een verzameling van mineralen die thermodynamisch stabiel zijn bij de beginomstandigheden onder een nieuwe reeks voorwaarden worden geplaatst waarbij ze al dan niet stabiel kunnen zijn. Als ze onder de nieuwe omstandigheden niet meer met elkaar in evenwicht zijn, zullen de mineralen zo reageren dat ze een nieuwe evenwichtstoestand benaderen. Dit kan een volledige verandering in de minerale assemblage of gewoon een verschuiving in de samenstellingen van de reeds bestaande minerale fasen. De resulterende minerale assemblage zal de chemische samenstelling van het oorspronkelijke gesteente weerspiegelen en de nieuwe druk-temperatuuromstandigheden waaraan het gesteente werd blootgesteld.

omdat protolithsamenstellingen en de druk-temperatuur omstandigheden waaronder ze kunnen worden geplaatst sterk variëren, is de diversiteit van metamorf gesteentetypes groot. Veel van deze variëteiten worden echter herhaaldelijk met elkaar geassocieerd in ruimte en tijd, wat een weerspiegeling is van een uniformiteit van geologische processen over honderden miljoenen jaren. Bijvoorbeeld, de metamorfe rots associaties die zich ontwikkelden in de Appalachische bergen van Oost-Noord-Amerika als reactie op de botsing tussen de Noord-Amerikaanse en Afrikaanse lithosferische platen tijdens het Paleozoïcum Tijdperk (541 miljoen tot 252 miljoen jaar geleden) zijn zeer vergelijkbaar met die in de Alpen van Zuid-Centraal-Europa tijdens de botsing tussen de Europese en Afrikaanse platen die zich tijdens het Mesozoïcum en Cenozoïcum Tijdperk (252 miljoen jaar geleden tot nu toe). Ook de metamorfe rotsen die in de Alpen worden blootgesteld, lijken sterk op metamorfe rotsen van dezelfde leeftijd in de Himalaya van Azië, die zich hebben gevormd tijdens de continentale botsing tussen de Indiase en Euraziatische platen. Metamorfe gesteenten geproduceerd tijdens botsingen tussen oceanische en continentale platen uit verschillende plaatsen over de hele wereld vertonen ook opvallende overeenkomsten met elkaar (zie hieronder regionale metamorfisme) maar zijn toch duidelijk verschillend van metamorfe gesteenten geproduceerd tijdens continent-continent botsingen. Zo is het vaak mogelijk om tektonische gebeurtenissen uit het verleden te reconstrueren op basis van metamorfe rots associaties die momenteel aan het aardoppervlak blootstaan.