Rezultatul metamorfismului depinde de presiune, temperatură și de abundența fluidelor implicate, existând numeroase medii cu combinații unice ale acestor factori. Unele tipuri de metamorfism sunt caracteristice unor configurații specifice ale tectonicii plăcilor, dar altele nu sunt caracteristice.
Metamorfismul funerar apare atunci când sedimentele sunt îngropate suficient de adânc încât căldura și presiunea fac ca mineralele să înceapă să se recristalizeze și să crească noi minerale, dar nu lasă roca cu un aspect foliat. În ceea ce privește procesele metamorfice, metamorfismul de îngropare are loc la temperaturi relativ scăzute (până la ~300 °C) și la presiuni (100 de metri de adâncime). Pentru ochiul liber, este posibil ca modificările metamorfice să nu fie deloc evidente. Puneți în contrast roca cunoscută din punct de vedere comercial sub denumirea de granit aurifer Black Marinace Gold Granite (figura 10.24) – dar care este de fapt un metaconglomerat – cu metaconglomeratul din figura 10.10. Metaconglomeratul format prin metamorfism de îngropare nu prezintă niciuna dintre foliațiile care s-au dezvoltat în metaconglomeratul din figura 10.10.
O notă despre denumirile comerciale ale rocilor
Numele date rocilor care sunt vândute ca materiale de construcții, în special pentru blaturi, pot să nu reflecte tipul real de rocă. Este obișnuită utilizarea termenilor granit și marmură pentru a descrie roci care nu sunt nici una, nici alta. Deși este posibil ca acești termeni să nu ofere informații exacte despre tipul de rocă, în general ei fac distincția între rocile naturale și materialele sintetice. Un exemplu de material sintetic este cel denumit cuarț, care include cristale de cuarț măcinate, precum și rășină. Dacă se întâmplă să fiți pe piață pentru blaturi de piatră și sunteți preocupat să obțineți un produs natural, cel mai bine este să puneți o mulțime de întrebări.
Metamorfism regional
Metamorfismul regional se referă la metamorfismul la scară largă, cum ar fi ceea ce se întâmplă cu crusta continentală de-a lungul marginilor tectonice convergente (unde plăcile se ciocnesc). Coliziunile au ca rezultat formarea unor lanțuri muntoase lungi, precum cele de pe coasta de vest a Americii de Nord. Forța coliziunii face ca rocile să se plieze, să se spargă și să se suprapună unele peste altele, astfel încât nu există doar forța de apăsare datorată coliziunii, ci și greutatea rocilor suprapuse. Cu cât rocile se află mai adânc în interiorul stivei, cu atât presiunile și temperaturile sunt mai ridicate și cu atât mai mare este gradul de metamorfism care apare. Rocile care se formează în urma metamorfismului regional sunt susceptibile de a fi foliate din cauza presiunii direcționale puternice a plăcilor convergente.
Calea Himalaya este un exemplu de loc în care metamorfismul regional are loc din cauza coliziunii a două continente (figura 10.25). Rocile sedimentare au fost atât împinse până la înălțimi mari – aproape 9 km deasupra nivelului mării – cât și îngropate la adâncimi mari. Având în vedere că gradientul geotermal normal (rata de creștere a temperaturii odată cu adâncimea) este de aproximativ 30°C pe kilometru în scoarță, rocile îngropate la 9 km sub nivelul mării în această situație ar putea fi la aproape 18 km sub suprafața solului și este rezonabil să ne așteptăm la temperaturi de până la 500°C. Observați secvența de roci care de la, începând cu ardezie mai sus, unde presiunile și temperaturile sunt mai scăzute, și terminând cu migmatită în partea de jos, unde temperaturile sunt atât de ridicate încât unele dintre minerale încep să se topească. Toate aceste roci sunt foliate din cauza forței puternice de comprimare a plăcilor convergente.
Seafloor (Hydrothermal) Metamorphism
La o creastă de răspândire oceanică, crusta oceanică recent formată din gabbro și bazalt se îndepărtează încet de limita plăcii (Figura 10.26). Apa din interiorul crustei este forțată să se ridice în zona din apropierea sursei de căldură vulcanică, atrăgând mai multă apă de la o distanță mai mare. Acest lucru creează în cele din urmă un sistem convectiv în care apa rece de mare este atrasă în crustă, încălzită la 200 °C până la 300 °C pe măsură ce trece prin crustă și apoi eliberată din nou pe fundul mării în apropierea crestei.
Pasajul acestei ape prin crusta oceanică la aceste temperaturi favorizează reacții metamorfice care schimbă mineralele originale de olivină și piroxen din rocă în clorit ((Mg5Al)(AlSi3)O10(OH)8) și serpentină ((Mg, Fe)3Si2O5(OH)4). Cloritul și serpentina sunt ambele minerale hidratate, conținând apă sub formă de OH în structurile lor cristaline. Atunci când scoarța oceanică metamorfozată este ulterior subdusă, cloritul și serpentina sunt transformate în noi minerale nehidrate (de ex, granat și piroxen), iar apa eliberată migrează în mantaua suprapusă, unde contribuie la topire.
Metamorfismul de grad scăzut care are loc la aceste presiuni și temperaturi relativ scăzute poate transforma rocile ígnee mafice din crusta oceanică în greenstone (Figura 10.27), o rocă metamorfică nefoliată.
Metamorfism în zona de subducție
În zonele de subducție, unde litosfera oceanică este forțată să coboare în mantaua fierbinte, există o combinație unică de temperaturi relativ scăzute și presiuni foarte mari. Presiunile ridicate sunt de așteptat, având în vedere forța de coliziune dintre plăcile tectonice și creșterea presiunii litostatice pe măsură ce placa de subducție este forțată tot mai adânc în mantaua fierbinte. Temperaturile scăzute se datorează faptului că, deși mantaua este foarte fierbinte, litosfera oceanică este relativ rece și este un conductor slab de căldură. Aceasta înseamnă că îi va lua mult timp să se încălzească, putând fi cu câteva sute de grade mai rece decât mantaua înconjurătoare. În figura 10.28, observați că izotermele (linii de temperatură egală, linii punctate) se scufundă adânc în mantaua împreună cu placa de subducție, arătând că există regiuni de temperatură relativ scăzută mai adânc în manta.
Un tip special de metamorfism are loc în aceste condiții de presiune foarte ridicată, dar cu temperaturi relativ scăzute, producând un mineral amfibol cunoscut sub numele de glaucofane (Na2(Mg3Al2)Si8O22(OH)2). Glaucofanul este albastru și reprezintă componenta principală a unei roci cunoscute sub numele de blueschist. Dacă nu ați văzut sau măcar nu ați auzit niciodată de blueschist, acest lucru nu este surprinzător. Ceea ce este surprinzător este faptul că cineva l-a văzut! Cea mai mare parte a blueschistului care se formează în zonele de subducție continuă să fie subdusă. Se transformă în eclogit la o adâncime de aproximativ 35 km și apoi, în cele din urmă, se scufundă adânc în manta, pentru a nu mai fi văzut niciodată. În doar câteva locuri din lume, procesul de subducție a fost întrerupt, iar blueschistul parțial subductat s-a întors la suprafață. Un astfel de loc este zona din jurul orașului San Francisco. Blueschistul din această locație face parte dintr-un set de roci cunoscut sub numele de Complexul Franciscan (figura 10.29).
Metamorfism de contact
Metamorfismul de contact are loc atunci când un corp de magmă pătrunde prin intruziune în partea superioară a crustei. Căldura este importantă în metamorfismul de contact, dar presiunea nu este un factor cheie, astfel încât metamorfismul de contact produce roci metamorfice nefoliate, cum ar fi cornul, marmura și cuarțitul.
Chiar orice tip de corp de magmă poate duce la metamorfism de contact, de la un dyke subțire la un stoc mare. Tipul și intensitatea metamorfismului, precum și lățimea aureolei metamorfice care se dezvoltă în jurul corpului de magmă, vor depinde de o serie de factori, inclusiv de tipul de rocă de țară, de temperatura corpului intruziv, de mărimea corpului și de compușii volatili din interiorul corpului (figura 10.30). O intruziune mare va conține mai multă energie termică și se va răci mult mai lent decât una mică și, prin urmare, va oferi un timp mai îndelungat și mai multă căldură pentru metamorfism. Acest lucru va permite căldurii să se extindă mai mult în roca de țară, creând o aureolă mai mare. Materiile volatile se pot exsolva din topitura de intruziune și se pot deplasa în roca de câmpie, facilitând încălzirea și transportând constituenții chimici din topitură în rocă. Astfel, aureolele care se formează în jurul intruziunilor „umede” tind să fie mai mari decât cele care se formează în jurul omologilor lor uscați.
Aureolele metamorfice de contact sunt de obicei destul de mici, de la doar câțiva centimetri în jurul unor dykes și filonele mici, până la până la 100 m în jurul unui stoc mare. Metamorfismul de contact poate avea loc pe o gamă largă de temperaturi – de la aproximativ 300 °C la peste 800 °C. Diferite minerale se vor forma în funcție de temperatura exactă și de natura rocii de țară.
Deși corpurile de magmă se pot forma într-o varietate de medii, un loc în care magma este produsă din abundență și unde poate avea loc metamorfismul de contact este de-a lungul granițelor convergente cu zonele de subducție, unde se formează arcuri vulcanice (figura 10.31). Metamorfismul regional are loc, de asemenea, în acest cadru și, din cauza căldurii suplimentare asociate cu activitatea magmatică, gradientul geotermic este de obicei mai abrupt în aceste medii (între ~40 și 50 °C/km). În aceste condiții, grade mai înalte de metamorfism pot avea loc mai aproape de suprafață decât în alte zone.
Shock Metamorphism
Când obiectele extraterestre lovesc Pământul, rezultatul este o undă de șoc. Acolo unde obiectul lovește, presiunile și temperaturile devin foarte ridicate într-o fracțiune de secundă. Un impact „blând” poate lovi cu 40 GPa și poate ridica temperaturile până la 500 °C. Presiunile din mantaua inferioară încep de la 24 GPa (GigaPascals) și urcă până la 136 GPa la granița nucleu-manta, astfel încât impactul este ca și cum ar scufunda roca adânc în mantaua și o eliberează din nou în câteva secunde. Schimbarea bruscă asociată cu metamorfismul de șoc îl face foarte diferit de alte tipuri de metamorfism care se poate dezvolta pe parcursul a sute de milioane de ani, începând și oprindu-se pe măsură ce condițiile tectonice se schimbă.
Două caracteristici ale metamorfismului de șoc sunt cuarțul șocat și conurile de sfărâmare. Cuarțul șocat (figura 10.32 stânga) se referă la cristalele de cuarț care prezintă deteriorări sub forma unor linii paralele de-a lungul unui cristal. Cristalul de cuarț din figura 10.32 prezintă două seturi de astfel de linii. Liniile reprezintă cantități mici de material sticlos în interiorul cuarțului, format în urma topirii și resolidificării aproape instantanee atunci când cristalul a fost lovit de o undă de șoc. Conurile de spargere sunt fracturi în formă de con în interiorul rocilor, de asemenea rezultatul unui val de șoc (figura 10.32 dreapta). Fracturile sunt imbricate unele în altele ca un teanc de conuri de înghețată.
Metamorfism dinamic
Metamorfismul dinamic este rezultatul unei tensiuni de forfecare foarte mari, așa cum apare de-a lungul zonelor de falie. Metamorfismul dinamic are loc la temperaturi relativ scăzute în comparație cu alte tipuri de metamorfism și constă predominant din schimbările fizice care se produc la o rocă supusă unei tensiuni de forfecare. El afectează o regiune îngustă din apropierea faliei, iar rocile din apropiere pot părea neafectate.
La presiuni și temperaturi mai scăzute, metamorfismul dinamic va avea ca efect ruperea și măcinarea rocilor, creând roci cataclastice, cum ar fi breșele de falie (figura 10.33). La presiuni și temperaturi mai ridicate, granulele și cristalele din rocă se pot deforma fără a se rupe în bucăți (figura 10.34, stânga). Rezultatul metamorfismului dinamic prelungit în aceste condiții este o rocă numită mylonit, în care cristalele au fost întinse în panglici subțiri (figura 10.34, dreapta).
