A metamorfózis kimenetele a nyomástól, a hőmérséklettől és az érintett folyadék mennyiségétől függ, és számos olyan környezet van, ahol e tényezők egyedi kombinációi találhatók. A metamorfózis egyes típusai bizonyos lemeztektonikai környezetekre jellemzőek, mások viszont nem.
A metamorfózis akkor következik be, amikor az üledékeket elég mélyre temetik, hogy a hő és a nyomás hatására az ásványok átkristályosodni kezdjenek és új ásványok nőjenek, de a kőzetet nem hagyja lombos megjelenésűvé. A metamorf folyamatok közül a temetkezési metamorfózis viszonylag alacsony hőmérsékleten (legfeljebb ~300 °C) és nyomáson (több 100 m mélységben) megy végbe. A metamorfózissal járó változások szabad szemmel egyáltalán nem látszanak. Állítsuk szembe a kereskedelemben Black Marinace Gold Granite néven ismert kőzetet (10.24. ábra) – amely azonban valójában metakonglomerátum – a 10.10. ábrán látható metakonglomerátummal. A temetői metamorfózis révén kialakult metakonglomerátum nem mutatja a 10.10. ábrán látható metakonglomerátumban kialakult foliációt.
Megjegyzés a kereskedelmi kőzetnevekről
A kőzeteknek adott nevek, amelyeket építőanyagként árulnak, különösen a munkalapokhoz, nem feltétlenül tükrözik a tényleges kőzettípust. Gyakori, hogy a gránit és a márvány kifejezéseket olyan kőzetek leírására használják, amelyek nem azok. Bár ezek a kifejezések nem feltétlenül adnak pontos információt a kőzettípusról, általában megkülönböztetik a természetes kőzetet a szintetikus anyagoktól. A szintetikus anyagra példa a kvarcnak nevezett anyag, amely magában foglalja az őrölt kvarckristályokat, valamint a gyantát. Ha történetesen kőből készült munkalapok piacán van, és aggódik a természetes termék beszerzése miatt, a legjobb, ha sok kérdést tesz fel.
Regionális metamorfózis
A regionális metamorfózis nagyléptékű metamorfózisra utal, például arra, ami a kontinentális kéreggel történik a konvergens tektonikus peremek mentén (ahol a lemezek összeütköznek). Az ütközések hosszú hegyvonulatok kialakulását eredményezik, mint például Észak-Amerika nyugati partjai mentén. Az ütközés ereje miatt a kőzetek összehajlanak, összetörnek és egymásra rakódnak, így nem csak az ütközésből eredő összenyomó erő, hanem az egymásra rakódott kőzetek súlya is hat. Minél mélyebben vannak a kőzetek a halmazon belül, annál nagyobb a nyomás és a hőmérséklet, és annál magasabb fokú a metamorfózis. A regionális metamorfózisból kialakuló kőzetek az egymáshoz közeledő lemezek erős irányú nyomása miatt valószínűleg lombosodnak.
A Himalája hegység egy példa arra, ahol regionális metamorfózis zajlik, mert két kontinens ütközik (10.25. ábra). Az üledékes kőzetek egyszerre lökődtek fel nagy magasságokba – közel 9 km-rel a tengerszint fölé – és temetkeztek be nagy mélységekbe. Figyelembe véve, hogy a normál geotermikus gradiens (a hőmérséklet növekedésének mértéke a mélységgel) a kéregben kilométerenként körülbelül 30 °C, a 9 km mélyre eltemetett kőzet ebben a helyzetben közel 18 km mélyen lehet a földfelszín alatt, és ésszerű, hogy akár 500 °C-os hőmérsékletre is számíthatunk. Figyeljük meg a kőzetek sorrendjét, amely a palával kezdődik feljebb, ahol a nyomás és a hőmérséklet alacsonyabb, és a migmatittal végződik alul, ahol a hőmérséklet olyan magas, hogy az ásványok egy része olvadni kezd. Ezek a kőzetek az egymáshoz közeledő lemezek erős összenyomó ereje miatt mind lombosodtak.
Seafloor (Hydrothermal) Metamorphism
Egy óceáni terjedő gerincnél a gabbroból és bazaltból nemrég kialakult óceáni kéreg lassan távolodik a lemezhatártól (10.26. ábra). A kéregben lévő víz a vulkáni hőforráshoz közeli területen emelkedni kényszerül, több vizet vonva be távolabbról. Ez végül egy konvektív rendszert hoz létre, ahol a hideg tengervíz beszívódik a kéregbe, a kéregen áthaladva 200 °C-300 °C-ra melegszik, majd a gerinc közelében ismét felszabadul a tengerfenékre.
A víz áthaladása az óceáni kéregben ilyen hőmérsékleten elősegíti a metamorf reakciókat, amelyek a kőzet eredeti olivin és piroxén ásványait klorittá ((Mg5Al)(AlSi3)O10(OH)8) és szerpentinné ((Mg, Fe)3Si2O5(OH)4) változtatják. A klorit és a szerpentin egyaránt hidratált ásványok, amelyek kristályszerkezetükben OH formájában tartalmaznak vizet. Amikor a metamorfizált óceáni kéreg később szubdukálódik, a klorit és a szerpentin új, nem víztartalmú ásványokká alakul át (pl, gránát és piroxén), és a felszabaduló víz a felette lévő köpenybe vándorol, ahol hozzájárul az olvadáshoz.
A viszonylag alacsony nyomáson és hőmérsékleten bekövetkező alacsony fokú metamorfózis az óceáni kéregben lévő mafikus vulkáni kőzeteket zöldkővé alakíthatja (10. ábra.27), egy nem lemezes metamorf kőzetté.
Subdukciós zóna metamorfizmus
A szubdukciós zónákban, ahol az óceáni litoszféra a forró köpenybe kényszerül, a viszonylag alacsony hőmérséklet és a nagyon magas nyomás egyedülálló kombinációja uralkodik. A magas nyomás várható, tekintettel a tektonikus lemezek közötti ütközés erejére és a növekvő litosztatikus nyomásra, ahogy a szubdukáló lemez egyre mélyebbre és mélyebbre nyomul a köpenybe. Az alacsonyabb hőmérséklet azért van, mert bár a köpeny nagyon forró, az óceáni litoszféra viszonylag hűvös, és rossz hővezető. Ez azt jelenti, hogy hosszú időbe telik, amíg felmelegszik, több száz fokkal hűvösebb lehet, mint a környező köpeny. A 10.28. ábrán figyeljük meg, hogy az izotermák (azonos hőmérsékletű vonalak, szaggatott vonalak) a szubdukciós lemezzel együtt mélyen a köpenybe merülnek, ami azt mutatja, hogy a köpeny mélyén viszonylag alacsony hőmérsékletű régiók léteznek.
Egy különleges metamorfózistípus zajlik le ezekben a nagyon magas nyomású, de viszonylag alacsony hőmérsékletű körülmények között, amelynek során egy glaukofán (Na2(Mg3Al2)Si8O22(OH)2) néven ismert amfibol ásvány keletkezik. A glaukofán kék színű, és a kékes kőzettest néven ismert kőzet fő alkotóeleme. Ha még sosem láttál vagy hallottál a blueschistről, az nem meglepő. Ami meglepő, az az, hogy valaki látta már! A szubdukciós zónákban képződő blueschist nagy része továbbra is szubdukálódik. Körülbelül 35 km mélységben eklogittá alakul, majd végül mélyen a köpenybe süllyed, és soha többé nem látjuk. A világon csak néhány helyen szakadt meg a szubdukciós folyamat, és a részben szubdukált blueschist visszatért a felszínre. Az egyik ilyen hely a San Francisco környéki terület. Az itt található blueschist a Franciscan Complex néven ismert kőzetcsoport része (10.29. ábra).
Kontaktmetamorfózis
Kontaktmetamorfózis akkor következik be, amikor egy magmatömeg behatol a földkéreg felső részébe. A kontakt metamorfózisban a hő fontos, de a nyomás nem kulcsfontosságú tényező, így a kontakt metamorfózis során olyan nem lemezes metamorf kőzetek keletkeznek, mint a szarufélék, a márvány és a kvarcit.
A magmatestek bármely típusa vezethet kontakt metamorfizmushoz, a vékony gátszakadástól a nagy kőzettömegekig. A metamorfózis típusa és intenzitása, valamint a magmatest körül kialakuló metamorf aureola szélessége számos tényezőtől függ, többek között az ország kőzetének típusától, a behatoló test hőmérsékletétől, a test méretétől és a testben lévő illékony vegyületektől (10.30. ábra). Egy nagy intrúzió több hőenergiát tartalmaz és sokkal lassabban hűl le, mint egy kicsi, ezért hosszabb ideig és több hőt biztosít a metamorfózishoz. Ez lehetővé teszi, hogy a hő messzebbre terjedjen az ország kőzetébe, nagyobb aureolát hozva létre. Az illékony anyagok kioldódhatnak az intrudáló olvadékból és bejuthatnak az ország kőzetébe, elősegítve a felmelegedést és a kémiai összetevőknek az olvadékból a kőzetbe való bejutását. Így a “nedves” intrúziók körül kialakuló aureolák általában nagyobbak, mint a száraz társaik körül kialakuló aureolák.
A kontakt metamorf aureolák jellemzően meglehetősen kicsik, a kis dykes és sills körül mindössze néhány centimétertől a nagy stock körül akár 100 méterig terjedhetnek. A kontakt metamorfózis széles hőmérséklet-tartományban játszódhat le – a 300 °C körüli hőmérséklettől a 800 °C feletti hőmérsékletig. A pontos hőmérséklettől és az ország kőzetének jellegétől függően különböző ásványok képződnek.
Bár a magmás testek sokféle környezetben képződhetnek, az egyik hely, ahol a magma nagy mennyiségben keletkezik, és ahol kontakt metamorfózis játszódhat le, a szubdukciós zónákkal konvergens határok mentén van, ahol vulkáni ívek alakulnak ki (10.31. ábra). Ebben a környezetben regionális metamorfózis is zajlik, és a magmás tevékenységgel járó többlethő miatt a geotermikus gradiens jellemzően meredekebb ezekben a környezetekben (~40 és 50 °C/km között). Ilyen körülmények között a metamorfózis magasabb fokozata a felszínhez közelebb zajlik, mint más területeken.
Lökéses metamorfózis
Amikor földönkívüli objektumok becsapódnak a Földbe, az eredmény egy lökéshullám. Ahol az objektum becsapódik, ott a másodperc töredéke alatt nagyon magasra emelkedik a nyomás és a hőmérséklet. Egy “szelíd” becsapódás akár 40 GPa erősséggel is becsapódhat, és a hőmérsékletet akár 500 °C-ra is megemelheti. Az alsó köpenyben a nyomás 24 GPa-nál (gigaPascal) kezdődik, és 136 GPa-ig emelkedik a mag és a köpeny határán, így a becsapódás olyan, mintha a kőzetet mélyen a köpenybe merítenénk, majd másodperceken belül ismét elengednénk. A lökéses metamorfózissal járó hirtelen változás nagyban különbözik a metamorfózis más típusaitól, amelyek több százmillió év alatt fejlődnek ki, és a tektonikai viszonyok változásával kezdődnek és szűnnek meg.
A lökéses metamorfózis két jellemzője a lökéses kvarc és a töréskúpok. A sokkolt kvarc (10.32. ábra balra) olyan kvarckristályokra utal, amelyek az egész kristályban párhuzamos vonalak formájában mutatnak sérüléseket. A 10.32. ábrán látható kvarckristályon két ilyen vonalcsoport található. A vonalak a kvarcban lévő kis mennyiségű üveges anyagból származnak, amelyek a kristályt érő lökéshullám szinte azonnali olvadásából és újra megszilárdulásából keletkeztek. A töréskúpok kúp alakú törések a kőzetben, amelyek szintén egy lökéshullám eredménye (10.32. ábra jobbra). A törések egymásba fészkelnek, mint egy halom jégkrémtölcsér.
Dinamikus metamorfózis
A dinamikus metamorfózis nagyon nagy nyírófeszültség hatására jön létre, mint például a törésvonalak mentén. A dinamikus metamorfózis a metamorfózis más típusaihoz képest viszonylag alacsony hőmérsékleten megy végbe, és túlnyomórészt azokból a fizikai változásokból áll, amelyek a nyírófeszültségnek kitett kőzetben végbemennek. A törés közelében egy szűk régiót érint, és a közeli kőzetek érintetlennek tűnhetnek.
Kisebb nyomáson és hőmérsékleten a dinamikus metamorfózis hatására a kőzet törik és őrlődik, és kataklasztikus kőzetek, például törésbreccsák jönnek létre (10.33. ábra). Magasabb nyomáson és hőmérsékleten a kőzetben lévő szemcsék és kristályok darabokra törés nélkül is deformálódhatnak (10.34. ábra, balra). Az ilyen körülmények közötti hosszan tartó dinamikus metamorfózis eredménye a mylonit nevű kőzet, amelyben a kristályok vékony szalagokká feszültek (10.34. ábra, jobbra).
