METAMORFİK PETROGRAFİ DERS NOTLARI. Yrd. Doç. Dr. Murat ÇİFLİKLİ
METAMORFİK KAYAÇLAR METAMORFİZMA VE METAMORFİK KAYAÇLAR Bu bölümü öğrendiğinizde aşağıdaki konulara yanıt verebilmiş olacaksınız - Metamorfik kayalar nedir ve nasıl oluşur? - Üç ana jeolojik ortamda yer alan metamorfizma olayları hangileridir? - Metamorfizmanın öğeleri nelerdir? - Dokusal olarak iki ana kısımda toplanan metamorfik kayalar ve bunların oluşum mekanizmaları nasıl yürümektedir? - Yaygın metamorfik kayaların adları, bileşimleri ve dokuları nasıldır? - Metamorfizmanın derecesi metamorfik kayalardaki mineral ve doku örneklerinde nasıl sergilenmektedir?
Kıvrımlı ve metamorfizmaya uğramış kayalar daha önce deniz tabanında çökelmiş yatay konumlu sedimenter kayalardı. İnanılmaz boyuttaki sıkışma kuvvetleri ve yüzlerce derecelik sıcaklık etkisiyle binlerce veya milyarlarca yılda bu kayalardaki deformasyon şeklini yaratmışlardır (şekil 1). Bu tür koşullardaki katı kayaların davranışında kıvrımlanma, kırık çatlak oluşumu ve hatta bazen akma görüntüleri kazanılmıştır. Bu bölümde metamorfik kayaları oluşturan tektonik kuvvetler, kayaların şekil değişimini (fabrik), mineral bileşimindeki yenilikler ve bazen de bileşim değişimleri ele alınacaktır. yer yüzündeki fiziksel ve kimyasal koşullar altında gelişen süreçler sonucu kayaçlar parçalanır, ufalanırlar. Vs Düşük sıcalıklarda kayaçlardaki değişim diyajenez ve yüksek sıcaklıklarada ise metamorfizma gelişmektedir.
Şekil 1: Fransa Pirene dağlarında yükselmiş ve metamorfizmaya uğramış kaya birimleri görülmektedir.
Yerkabuğunu oluşturan kayaçların başlıca magmatik, metamorfik ve sedimanter kayaçlar şeklinde üç büyük grup altında toplanabileceğini 19. yüz yılın ikinci yarısında yapılan gözlemlerle ortaya konmuştur 18. yüzyıldan itibaren jeoloji çalışmalarında, yer kabuğundaki kayalar magmatik, sedimanter ve metamorfik olmaküzere üç gruba ayrılmıştır. Bunlardan bu derse konu olan metamorfik terimi, Latince kökenli olup değişim, başkalaşım anlamındadır. Buna göre, kayaların mineral bileşiminin ve yapı özelliklerinin oluşum ortamından daha değişik basınç/sıcaklık etkisi altında katı durumda değişikliğe uğraması sonucunda metamorfik kayalar oluşur.. 650 ile 1200 C gibi oldukça yüksek sıcaklıklarada oluşmuş magmasal kayaçlar veya yeryüzünde hüküm süren fiziksel şartlarda meydana gelmiş tortul kütleler, yerkabuğunda farklı sıcaklık ve basınç şartlarının hüküm sürdüğü yerlere ulaştığında bu kayaçları temsil eden bir çok mineral duraylı kalamaz; o zaman birbirleriyle reaksiyon yaparak yeni şartlarda dengede kalabilen başka minerallere dönüşürler, böylece kayaçlar değişirler(magmatik kayaçlar 600-1300C de uçucu bileşen bakımından doygun bir silikat çözeltisi olarak magmanın katılaşmasıyla oluşurlar). Bu değişimler kayaçta yeni mineraller, yeni dokular ve yeni yapıların gelişimini sağlar. Metamorfik kayaçların dikkatlice araştırılması Yer Yuvarı kabuğunun ısısal ve deformasyon geçmişini ortaya koymamızda yardımcı olur.
Yerkabuğunda sıcaklık ve basıncın giderek yükseldiği bölgelerde ise kayaçları oluşturan mineraller oluşum sıcaklıklarına bağlı olarak eriyebilirler. Bu durumda önce düşük erime sıcaklığına sahip kuvars, ortoklas, albit(naalsi3o8)/oligoklas gibi mineraller eriyeceklerdir. Sıcaklığın dahada yükselmesiyle oluşum sıcaklığı yüksek diğer koyu renkli minerallerin ve tali minerallerin de erimesi (palinjenez) sonucu, muhtemelen ilksel magma bileşimine benzer bileşimde bir magma oluşacak, böylece metamorfizma süreçlerinden magmatizma süreçlerine geçilmiş olacak Önceki bölümlerde kaya döngüsünü hatırlarsak metamorfizma bir kayanın başka bir kayaya dönüşüm olgusudur. Metamorfik kayaların kökeninde daha önce magmatik sedimenter ve hatta metamorfik kayalar bulunur. Böylece her metamorfik kayanın bir atası veya köken kayası) vardır diyebiliyoruz.
Bazı Tanımlamalar Metamorfizmanın başlangıç sınırı diyajenez ile olan sınırıdır. Diyajenetik değişimlerin tamamlanmasından sonra sıcaklık ve basıncın artması durumunda ilk metamorfik mineraller oluşmaya başlar. Yer kabuğunun daha derinliklerin de ise sıcaklık belirli limitlere ulaştığında kayalar ergimeye uğrar. Bu olaya anateksi denir. Dolayısıyla kayalardaki katı haldeki değişimleri kapsayan metamorfizmanın yüksek sıcaklık limitini anateksi oluşturur. Metamorfik bir bölgede birbirinden farklı metamorfizma koşullarını temsil eden metamorfik zonlar ayırt edilmiştir. Metamorfik zonlar tipik bir mineralin ilk ortaya çıkışı ile birbirinden ayrılır. Buna indeks mineral denir. Artan metamorfizma derecesi nedeniyle harita üzerinde bir indeks mineralin ilk ortaya çıktığı alanı sınırlayan çizgiye izograd denir. İzogradlar metamorfizma derecesinin artmasına bağlı olarak gelişen minerolojik değişimlerin ilk görüldüğü yerlerin haritaya işlenmesiyle elde edilir. Metamorfizma alanının farklı kimyasal bileşime sahip kayaların belirli bir P/T alanında hangi mineral bileşimlere sahip olabileceklerinin bilinmesi önemli olup bu bölümlenme metamorfik fasiyes kavramı olarak adlanır.
Metamorfizma; bozunma ve diyajenezin gelistigi bölgelerin dısında, kayaçların olusum kosullarından farklı nitelikteki fiziksel ve kimyasal kosullar altında, katı durumlarını ve kimyasal bilesimlerini koruyarak, yapısal/dokusal ve/veya mineralojik yönden degisiklige ugramasıdır. Bozunma; kayaçların kimyasal ve mineralojik bilesimlerinin, jüvenil veya meteorik çözeltiler ve gazlar etkisi ile degisimlerini ifade eder. Magmatik kayaçlardaki kayaç olusturan mineraller, Bowen reaksiyon serisine uygun olarak, olustukları sırada bozunurlar: Olivin ve anortit, bunu takiben K- feldispat, muskovit ve en son olarak da kuvars bozunur. albitleşme: Na bakımından zengin çözeltilerin özellikle K-feldispat ve plajiyoklazlara etkisi sonucu ortaya çıkar. alünitleşme: Epitermal damarlar çevresinde bulunan magmatik kayaçlarda, K- feldispatın sülfatlı çözeltiler etkisi ile alünit minerallerine dönüsümüdür. arjilitleşme: Feldispatların, dickit, nakrit gibi kil minerallerine dönüsmesidir. karbonatlaşma: Karbonat minerallerinin olusmasıdır. kloritleşme: Kayaçlardaki ferromagnezyen silikatlarının klorite dönüsmesine veya kayaçta klorit olusumuna yol açar. epidotlaşma: Aluminyumlu ferromagnezyen silikat minerallerinin epidota dönüsmesidir.
grayzenleşme: Granitik kütlelerin kenar zonlarında, damarlar halinde gelisir. K- feldispatların muskovit e dönüsmesi ile ifade edilir. propilitleşme: Dasit ve andezitlerin hidrotermal etki ile bozunması sonucu klorit, karbonat, epidot, zoisit, serisit sülfür minerallerinin olusumudur. sossuritleşme: Gabro-bazalt gibi bazik kayaçların bünyesindeki caplajiyoklazların, albit, oligoklaz, zoisit, epidot, kalsit, serisit ve zeolit minerallerinden olusan agregalara dönüsmesidir. serisitleşme: Feldispatların serisit minerallerine dönüsmesidir. serpantinleşme: ferromagnezyen minerallerin (olivin, piroksen) serpantin minerallerine dönüsmesidir. mineraller tipik ag dokusu gösterirler. silisleşme:geç hidrotermal eriyiklerin tesiriyle kayaç içinde bol miktarda sekonder ( ikincil ) kuvars kristallesmesine denir. uralitleşme:piroksenlerin amfibole dönüsmesidir. zeolitleşme: Feldispatların, volkan camının zeolite dönüsmesidir.
Metamorfizma kelime anlamı olarak şekil değişimi olarak tanımlansa da esasında değişimler mineraloji, doku ve bazen bileşim temelinde saklıdır. Metamorfizma ortamında önceki kaya (daha bilimsel olarak protolit olarak adlandırılır) ilk oluşumuna göre daha farklı fiziksel ve kimyasal koşullarla karşı karşıya kalmaktadır. Böylece metamorfizma, bozunma ve diyajenezin geliştiği bölgelerin dışında kayaçların oluşum koşullarından farklı nitelikteki fiziksel ve kimyasal koşullar altında, katı durumlarını koruyarak, yapısal ve mineralojik yönden değişikliğe uğramalarıdır. Bu değişim esnasında kayacın toplam kimyasal bileşiminde herhangi bir değişklik olmaz ve kimyasal bileşim sabit kalır (Winkler, 1979).
1-METAMORFİZMA TÜRLERİ; Jeolojik bulunuş şekillerine göre metamorfizma yersel (lokal) metamorfizma ve bölgesel (rejyonal) metamorfizma olamak üzere başlıca iki gruba ayrılır. Her grupta ayrıca metamorfizma faktörlerine, dolayısıyla oluşum şekillerine bağlı olarak değişik metamorfizma türleri ayırt edilir. Metamorfik olayların geliştiği birçok ortam bulunmaktadır. Çoğunluğu levha kenar sınırlarında ve magmatik faaliyetle beraber oluşmuştur. Metamorfik petrolojide kati durumda olan kayaclarda meydana gelen degisiklikler incelenir. Magmatik petrolojide ise sivi veya kismen katilasmis, yari sivi-yari kati durumundaki magmadan itibaren gelisen kayac olusumlari incelenir. 1) YERSEL METAMORFİZMA 2) BÖLGESEL METAMORFİZMA Kontak metamorfizma Dinamotermal metamorfizma Pirometamorfizma Gömülme metamorfizması Hidrotermal metamorfizma Okyanus tabanı metamorfizması Dinamik metamorfizma
Yukarıda belirtilen metamorfizma türlerinden kontak, dinamotermal ve gömülme Metamorfizmalarında T ve P yükselmesine bağlı olarak metamorfik kayaçlarda şiddeti giderek aratan yapısal ve mineralojik değişiklikler görülür. Bu metamorfizmalara Progressif (ilerleyen) metamorfizma denir. Bu metamorfizma tanımına uygun olarak etkin olan fiziksel koşullardan daha düşük koşullarda uğradıkları değişikliklere Retrogressif (gerileyen) metamorfizma adı verilmektedir ve bu tanımlama üçüncü bir metamorfizma türü olarak kabul edilebilir. Yerkabuğunun belirli bir bölgesinde farklı zamanlarda farklı şiddette metamorfizmalar etkin olabilir ve bir önceki sürecin kayaçalrdaki etkilerini ortadan kaldıracak yükseklikte olmayabilir. Bu durumda yapılan incelemelerle her iki sürecin etkileri bir birbirinden ayrılabilir. Bir bölgede birden fazla etkin metamorfizma varsa buna polimetamorfizma adı verilmektedir. Retrogresif metam. da böyle bir metam. türü olarak kabul edilebilir.
Kontak Metamorfizma; Büyük magma kütlelerinin yer kabuğuna sokulmaları (intriüzyon) çevre kayaçlarda sıcaklığın yükselmesine neden olacaktır. Sıcaklığın yükseldiği dokanak (kontak) zonunun genişliği, magma kütlesinin büyüklüğüne, magmanın kimyasal bileşimine, dolayısıyla magmanın sıcaklığına ve aslında diğer faktörlere pek önemli olmayan çevre kayaçların ısı iletkenliğine bağlıdır. Magma kütlesinin çevresindeki bu dokanak zonuna (aureol) birkaç metreden birkaç yüz metreye veya birkaç kilometre ye kadar değişen bir yayılım/kalınlık gösterir. Bu metamorfizma da etken faktör sıcaklık olması nedeniyle termal metamorfizma denilmektedir (Şekil-4). Bu evrede oluşan metamorfik Kayaçlar tıkız ve bileşenleri yönlenmemiş durumdadır. Çoğunlukla ince taneli bir doku gösterirler ve genel olarak hornfels adını alırlar.
Şekil-5: İntruzif (sokulan) magmatik kütle etrafında kontak metamorfik zon (KMZ) gelişir. Resimlerde koyu renkli kayalar açık renkli magma plütonu üzerinde yer alan askılı tavan dediğimiz metamorfik kayalardan oluşan bir kütledir. Bu önceleri magma odasının tavanını oluşturmaktaydı.
Şekil -6: Şeyl kontak metamorfizma etkisiyle hornfelse, kuvarslı kumtaşı kuvarsite, kireçtaşı ise mermere dönüşür.
Pirometamorfizma; Kayaçlarda özellikle çok yüksek sıcaklıklarda gelişen mineralojik, yapısal değişiklikleri kapsayan metamorfizma türüdür. Volkanik kayaçlar özellikle bazaltlar içindeki ksenolitler veya bazı sokulumların çevre kayaçlara yakın kısımlarında mevcut ksenolitler üzerinde meydana gelen değişiklikleri ifade eder. Böylece pirometamorfizma, kontak metamorfizma ile magmatik süreçler arasında yer alır ve kontak metamorfizmanın özel bir şekli olarak Da kabul edilebilir (Turner ve Verhogen, 1960,s. 452, Miyashiro, 1973,s.27).
Hidrotermal Kayaçlarda hidrotermal çözeltilerin etkisi altında meydana gelen değişikliklere hidrotermal metamorfizma denir. Sıcak, iyona doygun akışkanlar kırık çatlak boyunca kaya içinde dolaşınca hidrotermal metamorfizma oluşur (Şekil-7). Bu tür metamorfizma magma faaliyeti ile iç içe gelişir, çünkü iyon göçünü hızlandıracak ısı enerjisi bu ortamda bulunur. Böylece büyük plütonların etrafında kontak metamorfizma zonlarında hidrotermal metamorfizma faaliyetlerine de rastlarız. Büyük magma kütlesinin katılaşması sürecinde kristal yapılarına girmeyen iyonlar ve artık uçucu maddeler (su gibi) serbestleşir. Böyle oluşan iyona dayalı akışkanlara hidrotermal çözeltiler denir. Yan kayaçların önemli derecede ornatılmasının yanında hidrotermal çözeltiler birçok ekonomik mineral yatağının kaynağı olur. Levha tektoniği ile ilgili bulgularımız zenginleştikçe hidrotermal metamorfizmanın başlıca oluşum ortamının okyanus ortası sırt bölgeleri olduğunu anlamaktayız (şekil -8).
Şekil -7: Sıcak su faaliyetleri ve gayzerlerin faal olduğu sığ kıtasal derinliklerde hidrotermal metamorfizma oluşmaktadır.
Burada levhalar birbirinden uzaklaşmakta ve alttaki sıcak magma katılaşarak yeni okyanus kabuğu parçaları oluşturmaktadır. Deniz suyu genç henüz sıcak kabuk içinde dolaşır, ısınarak taze okyanus tabanı bazaltlarını kimyasal etkiler. Bu yola Fe-Mg lu mineraller (olivin, piroksen) sulu silikat minerallerine (serpantin, klorit, talk) dönüşür. Bununla beraber büyük miktarda metalik bileşenler de okyanus kabuğu kayalarından çözülerek (demir Fe, kobalt Co, nikel Ni, gümüş Ag, altın Au, ve bakır Cu) çözeltiye geçer. Sıcak metalik iyonlara doygun akışkanlar çatlaklardan yükselerek okyanus tabanında dışarıya 350oC sıcak olarak fışkırır. Bunlar denizatlarından görüntüleri alınmış kara duman bacalarıdır (şekil 8). Soğuk deniz suyu ile karışınca sülfit ve karbonatlı metalik mineraller birikerek yer yer ekonomik maden yataklarını oluşturur (Ergani, Maden, bakır yatakları gibi).
Şekil -8: Okyanus ortası sırtta hidrotermal metamorfizma.
Dinamik Metamorfizma; Kataklastik metamorfizma vedislokasyon metamorfizmasıda denilen bu metamorfizma faylar boyunca ve şaryaj zonlarında gözlenen genellikle kayaçlarda ezilme, kırılma, ufalanma sonucu meydana gelen değişiklikleri kapsar. Bu değişim esnasında mineraller arasında yeni minerallerin oluşumuna yol açan kimyasal reaksiyonlar oluşmaz veya oluşsada çok önemsiz bir yer tutar. Böylece bu metamorfizmada kayacın mineralojik bileşimi değişmez. Kayaç parçalanma sonucu yapısal yönden değişime uğrar ve bu süreç sonucunda oluşan kayaçlar milonit genel adını alırlar. Meteor çarpması veya yeraltında gerçekleştirilen nükleer patlamalar sonucu yerkabuğunda meydana gelen değişiklikler i kapsayan ve çarpma metamorfizması (impact metamorfizması, shock metamorfizması, Mason, 1979s.14,) adı verilen metamorfizmada dinamik metamorfizmanın bir türü olarak kabul edilir. (stişovit veya koezit(sıkı kafes yapılı kuvars )
Yüzeye yakın kaya davranışı katı malzemenin kırılması şeklindedir. Buna bağlı olarak fay düzlemi boyunca kaya kırılmış ve ezilmiş olur. Gevşek tutturulmuş bu kayaya fay breşi denir, kaya parçaları ve kaya unundan oluşur (Şekil -9). Kuzey Anadolu Fay zonu boyunca 1000 km uzunluğunda ve yaklaşık 3 km genişliğinde bir bölgede bu tür metamorfizma gözlenebilir. Bazı sığ fay zonlarında yumuşak, tutturulmamış killi malzemeye benzeyen fay dolgusu bulunur. Fayın hareketi esnasında sürtünme ve ezilme işleyişlerine bağlı olarak gelişir. Daha sonra yeraltı suyu etkisi ile malzemeden bozulmalar olur, boşluklarda su birikir. Fay zonlarına bağlı esas deformasyon olayları daha derinlerde ve daha yüksek sıcaklıklarda gelişir. Plastik akma ile var olan minerallerde belli görünüşte bir deformasyon gözlenir.
Şekil -9: Fay zonu boyunca oluşan deformasyon.
2- Bölgesel Metamorfizma Dinamo termal Metamorfizma; Dağ oluşumu ve orojenezle ilgili olarak bir çok metamorfik kayalar bölgesel metamorfizma etkisiyle oluşmaktadır. Bu dinamik olaylar sürecinde Yerkabuğu nun büyük dilimleri çarpışan levha kenarlarında sıkışarak deformasyona uğrar (Şekil 10). Bu tür olaylar okyanus litosferinin dalması ile ada yayı volkanizması ve aktif kıta kenarı ve kıtasal kollüzyon ortamlarında etkindir. Şekil 10 de görüldüğü gibi pasif kıta kenarı ile aktif kıtasal kenarın çarpışması metamorfizmayı kollüzyon ortamında yapılandırmaktadır.
Bu tür kollüzyonda büyük kıta kabuğu dilimleri sıkışma kuvvetlerinden etkilenerek geniş çapta deformasyona uğramıştır. Çarpışan kıta bloklarının kenarlarını oluşturan kaya birimleri ve sedimenter kıvrım ve faylanma ile kalınlaşmış sanki bükülmüş bir halı gibi ve kısalmıştır (Şekil 10). Bu oluşumda kristalin temel kayalar, okyanus kabuğu dilimleri iç içe geçmiştir. Kabuğun genel yükselmesi ve izostatik yüzme ile deformasyona uğramış kayalar deniz seviyesinin üzerine çıkarak dağlık bölgelerin oluşmasına neden olur.
Benzer şekilde kıtasal kalınlaşma ile kabuk parçaları üst üste binerken derine de itilir. Burada dağların kök bölgesindeki yükselen sıcaklık ile en yoğun metamorfizma etkisi sağlanır. Yer yer sıcaklıkların kayaların ergime derecelerine yükseldiği gözlenir. Sonuçta yeterli ergime ile toplanan magma kütlesi üzerindeki metamorfik ve sedimenter kayalara sokulur (şekil 10). Buna bağlı olarak dağ oluşum bölgelerinin çekirdeği kıvrımlı ve faylı kaya birimlerinden oluşur. Zamanla deformasyona uğramış kaya kütleleri yükselir, erozyonla üstteki örtü birimleri kaldırılır ve magmatik metamorfik kütlelerin iç içe bulunduğu çekirdek bölgesi yüzeylenmiş olur.
Şekil 10: Dağ oluşumu sürecinde çarpışan litosferik levhaların arasında sıkışma ile bölgesel metamorfizma gerçekleşir.
Okyanus Tabanı Metamorfizması; Şekil 11: Okyanus ortası sırtta hidrotermal metamorfizma.
Gömülme Metamorfizması; Geniş çökelme havzalarında çok kalın sedimenter istifin birikmesi ile gömülme metamorfizması oluşmaktadır. Bu ortamda en derinde düşük derece metamorfizma koşulları gelişebilir. Bu metamorfizma çeşidinin oluşumu ne orojenik hareketlere nede sokulumlara bağlı değildir. Bir jeosenklinalde birikmiş sedimanter kayaçlar ve beraber bulunan magmatik kayaçlar jeosenklinalin tabanının devamlı olarak çökmesi sonucu orojenik hareketler olmaksızın oldukça derinlere inerler. Bu inilen derinliklerde sıcaklık bölgesel dinamotermal metamorfizmadaki sıcaklık değerlerinden daha düşüktür. Burada etkin sıcaklık diyajenezin üst sınırından itibaren en çok 400 C 450 C ye kadar ulaşan bir sıcaklık aralığı burada etkilidir (Winkler, 1976). Basınç ise diyajenezde etkili olan basınç ile çok yüksek basınç aralığında olabilir.
Bu fiziksel şartlar altında düşük sıcaklık ve yüksek basıncı gösteren tipik mineral toplulukları ortaya çıkacak ve metamorfizma türünü karakterize edeceklerdir. Bu metamorfizma sonucu oluşan kayaçlar Bölgesel dinamotermal metamorfizmayla oluşmuş olan kayaçlardaki belirgin şist dokusunu göstermezler.kayaçta zayıf bir yönlenme ayırt edilebilir. Köken kayacın birincil yapı ve dokusunun korunduğu, yalnızca mineralojik bileşiminin değişikliğe uğradığı gözlenir. Kayaçlar genellikle ince tanelidir. Metamorfik değişim çoğunlukla ince kesitte belirlenebilir. Levha tektoniği çerçevesinde, bu metamorfizmanın bir dalma zonunu karakterize eden koşullar altında oluştuğu belirtilebilir. Kıtasal kabuk altına dalan okyanussal kabuk ve onun üzerinde bulunan ve okyanussal kabukla beraber hareket eden sedimanter ve volkanik kayaç kütlelerinde dalma esnasında meydana gelen yüksek basınç ve nispeten düşük sıcaklıklarda bazı değişiklikler meydana gelecektir.tipik olarak glokofan içeren bu yüksek basınç metm.kuşaklarının çoğunlukla Mezozoyik ve Senozoyik yaşlı oldukları ifade edilir (Miyashiro, 1973).
Şekil 11: Jeotermal gradyan ve metamorfizma oluşumundaki rolü gösteren resim. Soğuk okyanus litosferinin dalmasıyla belli bir oranda jeotermal gradyanda düşme oluşur.
Okyanus Tabanı Metamorfizması; Okyanus tabanında bir kaç yüz metre kalınlığındaki sediman örtüsünün altında bulunan ve başlica bazaltik bileşimdeki kayaçlardan oluşmuştur. Jeofizik incelemelerle saptanan kuvetli manyetik anomaliler yardımı ile bu bazaltik seviyenin 0.5-2.0 km kalınlığında olabileceği tahmin edilmektedir. Bunun altında bulunan seviye ise demanyetize durumdadır ve metamorfik kayaçlardan oluşmuştur. Okyanus tabanı metamorfik kayaçları başlıca bazik(52-55) ve ultrabazik (<45) bileşime sahiptirler. Okyanus tabanında bulunan mevcut volkanik materyal ile bunlarla beraber bulunan bazik ve ultra bazik intrüzyonların derin kısımlarının rekristalizasyonu ile oluşmuşlardır.
Ancak okyanus tabanındaki kabuksal malzeme rekristalizasyon oluşturacak kadar yüksek bir sıcaklığı sahip değildir. Okyanus tabanı metamorfizması daha çok okyanus ortası sırtlarda yani jeotermal gradyanın yüksek olduğu yerlerde gelişir. Oluşan metamorfik kayaçlarda okyanus tabanı yayılması ile yanlara doğru hareket eder ve böylece zamanla, metamorfik kayaçlardan oluşan okyanus kabuğu meydana gelir. Düşük basınç ve sıcaklık altında gelişen okyanus tabanı metamorfizmasına uğrayan kayaçlar geniş ölçüde bazik/ultrabazik bileşimdeki kayaçlardan ibarettir. Böylece yönlü doku göstermeyen metabazalt, metagabro gibi kayaçların ilksel yapı ve dokularını korudukları ve mineralojik bileşimlerinde de minerallere rastlanılabilir. köken kayaca ait bazı relikt (artık)
Killi sedm.kyç. Çamurt.veya sleyt Şekil 12: İlerleyen bölgesel metamorfizmanın şematik gösterimi. Soldan sağa doğru gelişme düşük derece metamorfizması (sleyt) ile yüksek derece metamorfizması (gnays) arasında değişir.
2-METAMORFİZMAYI OLUŞTURAN ETMENLER Metamorfik reaksiyonların başlama ve gelişmelerinde başlıca etkenler sıcaklık, basınç ve kimyasal bileşim olarak sıralanabilir. Daha sonra ayrıntılarına da girilecek olan stres, litostatik basınç (P lit ), su basıncı (P H2O ), oksijen basıncı (P02), Karbondioksit basıncı (P co2 ), v.b. gibi basınç türleri. Metamorfizma koşulları altında oluşan minerallerin nükleasyon hızı, büyüme hızı gibi özellikler, diffüzyon, metamorfizmaya uğrayan kayaca madde getirimi veya kayaçtan madde uzaklaştırmak (metasomatizma) gibi etkenler de metamorfizmada rol oynarlar. 2.1- Her hangi bir kayaçta, mineraller arasında metamorfik bir reaksiyonun gelişe bilmesi için sıcaklıkta bir artış olması gerekir.
Yer kabuğunda sıcaklığın yükselmesi ya bir magma sokulumu (kontak) ile yada kayaçların her hangi bir jeolojik nedenle derinlere gömülmesiyle veya yerin derinlerinden yukarıya doğru sıcaklık akımının artması sonucu (bölgesel met.). Yerkabuğunda derinlere gidildikçe sıcaklığın ortalama 15-20 C /km arttığı, bazı bölgelerde ise 10 C/km ye varan artışlar gözlenmektedir. Söz konusu sıcaklık artışı bu şekilde dikkate alınırsa yerkabuğunun 20 km kadar derinliklerinde mevcut sıcaklığın yaklaşık 300-500 C dolayında olması gerektiği ortaya çıkmaktadır. Bu sıcaklık bölgesel metam. için nispeten düşük sıcaklıklardır. Yapılan bu deneysel çalışmalar ve doğada bulunan mineral toplulukları ise sıcaklığın daha da yüksek olması gerektiğini göstermektedir. O halde yerkabuğunda olması gereken sıcaklık jeotermal gradyanla açıklanamayacak bir sıcaklık yükselmesi olduğu gerçeği ortaya çıkmaktadır.
Yerkabuğunda tabanı devamlı çöken ortamlarda biriken sedimanlar 20C/km şeklinde artan bir jeotermal gradyan ile 35 km derine indiklerinde 700C dolayında bir sıcaklık gerekmektedir (metamorfizma için). Ancak normal süreçlerde bu kadar kalın sedimanın oluşumu pekte düşünülememektedir. Bu olayların olabilmesi için biriken malzemenin kıtasal kabuk hareketleriyle sıkıştırılması, üst mantoda mevcut sıcaklık farkından doğan konveksiyon akımlarının etkili olması veya radyoaktif parçalanma sonucu sıcaklığın yükselmesi gibi nedenlere bağlanmaktadır.
Sıcaklık yükselmesinin mineraller üzerinde etkisi farklıdır. Genellikle minerallerin suda çözünürlük dereceleri sıcaklık artışıyla doğru orantılıdır. Ancak bununda bazı istisnaları mevcuttur Jips gibi. Mineraller arasında gelişen kimyasal reaksiyon hızı da sıcaklığın yükselmesiyle artmaktadır. Artan sıcaklıkla bazı mineraller duraylılığını yitirerek başka mineraller oluşturacak şekilde ayrışırlar. Başka mineraller ise sıcaklık artışıyla birbirleriyle reaksiyona girerler. Örn. Kuvars ve kalsit reaksiyona girerek yeni bir mineral olan vollastoniti oluştururlar. Sıcaklık ve basınç birbirleriyle zıt yönde etki eden iki faktördürler; Örn. Sıcaklığın artması su ve CO 2 nin birbirinden ayrılmasına yardım eder. Diğer yandan basıncın yükselmesi bu tür bir ayrılmayı önler. Sıcaklık artışı gevşek yapılı ve kristal yapısında su içeren minerallerin kristalleşmesine basınç artışı ise daha yoğun minerallerin oluşmasına neden olur.
Yüksek P de metamorfizmaya uğrayan killi kayaçlardan disten (öz.ağır. 3.59 gr/cm3) oluşur. Daha alçak basınç altında aynı bileşimdeki kayaçlarda andaluzit (öz.ağır. 3.14 gr/cm3) meydana gelir. Metamorfizmada etkili sıcaklık 250-300C ile 700-800C aralığında değişir. Sıcaklığın üst sınırı kayaçlarda ilk erimenin başladığı sıcaklıklar ile karakterize edilir. Kayaçlarda az da olsa suyun varlığı kayacın erime sıcaklığını düşürdüğü görülmüştür. Böylece granit 1 kb basınç altında 950 C olan erime sıcaklığı 10 kb basınç altında 620 C ye düşmekte. Bazalt ise 1 kb basınçta 1000-1100 C olan erime sıcaklığı 10 kb basınçta granitin sıcaklığına yakın değerler almaktadır. Bunlara göre metam. Da etkili sıcaklığın üst sınırının köken kayacın bileşimine ve su içeriğine bağlı olarak 700-900 C arasında olabilir. Alt sınırın ise diyajenezle metamorfizma arasındaki geçiş bölgesine ait sıcaklıkla karakterize edilebilir.
2.2 Basınç: Metamorfizmada litostatik basınç, stres ve akışkan fazı basıncı olmak üzere birbirinden farklı özelliklere sahip üç tür basınç etkili olur. 2.2.1 Litostatik basınç Üstte bulunan kayaçların yoğunluk ve kalınlıklarına bağlı olarak, alltaki kayaçlara uygulanan basınçtır. Gömülme basıncı (burial pressure), ağırlık basıncı (load pressure), hapsedici basınç (confining pressure) şeklindede adlandırılan ve P lit olarak göterilen bu basıncın derinlere doğru 250-300barf/km Dolayında yükseldiği, metamorfizma sırasında etkili litostatik basıncın 0-10 Kb arasında değişen değerlerde olduğu kabul edilmektedir. Derinlik (km) Basınç (Kb) 10 2,6 35 10 50 15 Litostatik basınç hidrostatik niteliktedir; yani kayaçlar üzerine her yöden aynı miktarda basınç etki eder.
Şekil 13 : litostatik ve yönlü basınç.
2.2.2 Stres (yönlü basınç) Metamorfik kayaçların dokusal özelliklerini tayin eden en önemli faktörlerden Biriside strestir. Stresin kayaçlardaki etkisi, kayaçların özelliklerine bağlı olarak Farklı oran ve miktarlarda kırılma ve kıvrılmaları, minerallerin kristalografik veya boyutsal yönlendirilmeleri gibi değişik şekillerde olabilir. Milonit ve buna benzer kataklastik kayaçlar ani ve kuvvetli stres etkisi sonucu kayaçlarda meydana gelen ezilme ve parçalanmalarla oluşurlar. Stresin kayaç bileşenlerini parçalama/ufalama şeklindeki fiziksel etkisi, bileşenlerin tane boylarının küçülmesine yol açar ve dolayısıyla bunların birbirleriyle kimyasal reaksiyona girmelerini kolaylaştırır.
2.2.3 Akışkan Faz Basıncı Metamorfizmaya uğrayan kayaçların gözeneklerinde, ince çatlaklarında veya mineral yüzeylerinde genellikle absorbe edilmiş durumda bir miktar su bulunmaktadır. Ayrıca kayaçları oluşturan bazı minerallerin kristal yapılarında (OH) şeklinde bulunan kristal suyu da metamorfik reaksiyonların etkisiyle serbest kalmaktadır. Bu sıvı ortamın basıncına bağlı olarak düşük sıcaklıklarda yoğunluğu yüksek bir sıvı faz veya yoğunluğu düşük bir buhar fazı şeklinde bulunur.
Sıcaklığın artmasıyla birlikte sıvı ve buhar arasında ki yoğunluk farkı kaynama çizgisi boyunca giderek azalmakta ve kritik noktada (217 bar P ve 374 C T) sıvı ve buhar aynı yoğunluğu sahip olacaklarından dolayı ayrılmaları da mümkün olamamaktadır. Metamorfik ortamlarda akışkan faz genellikle H 2 O bakımından zengindir. Ancak yeryüzünde bol bulunan diğer bir kayaç grubu olan karbonatların da katıldığı bir reaksiyonda CO 2 de serbest kalabilir ve böylece akışkan faza CO 2 de katılabilir. Başlıca su, CO 2, Oksijen, klor vd. gibi uçucu (volatil) bileşenlerden oluşan akışkan faz kırık ve çatlaklarda dolaşan önemli unsurlardır.
Su Basıncı (P H2O ); Yapılan bütün çalışmalarda ve incelemelerde suyun metamorfizmada sonderece önemli olduğunu ortaya koymuştur. Suyun özellikle bazı mineral reaksiyonlarını hızlandırdığı da gözlenmiştir. Metamorfizma şartlarında suyun olmaması durumunda reaksiyonların çok uzun zamanlar boyunca ve hatta jeolojik zamanlar boyunca tamamlanamayan bazı reaksiyonların özellikle düşük sıcaklık reaksiyon koşullarının gerçekleşmesi önemlidir. Metamorfik şartlarda ortamda suyun bulunması reaksiyonu hızlandırmaktadır. SiO 2 + 2MgO -> Mg 2 SiO 4 T C Kuru ortam 1000 Reak. süre 4 Gün % 26 Sulu Ortam 450 Birkaç dk. % 100
Karbondioksit Basıncı (P CO2 ); PH 2 O yanısıra karbonatlı kayaçlarda gelişen mineral reaksiyonlarında PCO2 de önemlidir. Bu kaylardaki akışkan fazda CO2 ve H2O miktarlarının değişebilir oranları, gelişen reaksiyonlarda sıcaklığın üzerinde etkili olan diğer bir faktördür. CaCO 3 + SiO 2 -> CaSiO 3 + CO 2 / kalsit + kuvars -> vollastonit. Bu reaksiyonun denge sıcaklığı ancak Pf (akışkan faz basıncı) = PCO 2 =sabit ise belirli bir değere sahip olacaktır. Doğada gelişen reaksiyonlarda gaz basıncının toplam basınç değerine bir yaklaşımda bulunabilse bile gaz fazının bileşimi hakkında bir tahmin mümkün değildir. Bu nedenledir ki karbonat kayaçlarda oluşan reaksiyonlarda denge sıcaklığını saptamak mümkün değildir. Vollastonit minerali yüksek sıcaklık mineralidir ve bu reaksiyonlarda akışkan basıncıda oldukça yüksektir.
Oksijen Basıncı (PO 2 ); Metamorfizmada etkili olan bir diğer akışkan fazda PO 2 oksijendir. Deneysel çalışmalarda ve uygulamalarda pek dikkate alınmayan oksijen metamorfizma sonucu oluşan minerallerin türünü ve bileşimini kontrol eden önemli bir faktör olduğu bazı çalışmalarda ortaya konmuştur. Kısmi basıncın etkin olduğu durumlarda Köken kayaçtaki mevcut demirin büyük kısmı okside olarak Fe +3 şekline dönüşür. Bu sayede kayaçtaki mevcut demir Mg-Fe +2 silikat minerallerinin (Biyotit, kordiyerit, almandin) bileşimine giremez. Buna karşın bileşiminde
Bileşiminde Fe +3 bulunan manyetit, epidot, andradit, vb. gibi bazı minerallerin oluşumunda etkin olur. Böylece demir, kayaçta Mg-Fe +2 silikat minerallerinin Bileşiminden uzaklaştırılacak, minerallerin Mg ve bazen Mn balımından zenginleştirir hatta oksijen kısmi basıncının çok yüksek olduğu bazı durumlarda Mg-Fe +2 silikat minerallerinin oluşması mümkün olmayabilir. Biyotit Fe +2
Kimyasal Bileşim; İlerlemiş metamorfizmada meydana gelen kayaçların mineralojik bileşimi diğer fiziksel faktörlerin yanısıra köken kayacın kimyasal bileşiminede bağlıdır. İlksel kimyasal bileşim, metamorfizmayla oluşan kayaçların mineralojik bileşimlerinin yanı sıra meatamorfizma da oluşan minerallerin de kimyasal bileşimini de belirleyen faktördür.
Örn; granat mineralleri karbonatlı kayaçların metamorfizmasıyla oluşmuşlarsa Ca bakımından zengin (grasular-andrasit) bir bileşime sahiptir. Aynı düzeyde sıcaklık ve basınç koşulları altında met. Geçirmiş olan killi ve karbonatlı kayaçlar farklı dokusal özellikler gösterirler. Örn; kumtaşı, pelit, karbonatlı pelit, karbonat, silisli dolomit,marn, bazit veya ultrabazit vd. gibi köken kayaçlardan türeyen met. kayaçların tanımlamaları ayrı ayrı yapılır.
3. METAMORFİZMA SÜREÇLERİ Metamorfizma esnasında met. da etkin faktörlere bağlı olarak değişik süreçler gelişir. Yeniden kristallenme (rekristalizasyon ). Yeni mineral oluşumu (neomineralizasyon). Metamorfik farklılaşmak (metamorfik diferansiasyon). Metasomatizma. Anateksi.
3.1 Yeniden kristalleşme Metamorfizmada bir kısım mineraller yeniden kristallenmeye uğrarlar. Bir mineralin erimeden mevcut şartlar altında duraylı olabilen yeni bir görünüm alabilmesine yeniden kristalleşme (rekristalizasyon) denir. Bir başka deyişle bir mineralin kristal yapısındaki fiziksel düzenlemelerde denilebilir.
Rekristalizasyon sırasında kristal boyutlarını aşmayan bir ölçekte gerçekleşen bir atomik diffüzyon söz konusudur. Diffüzyon atom veya moleküllerin kristalin duraysızlaşan bölgesinden duraylı olan bölgesine doğru göçetmesine denir. Kristalin yeni bir boyut ve görünüm alması diffüzyonun hızına ve süresine bağlıdır. Kristalin iç yapısında duraysız olan kısmında basınç yüksek, duraylı kısmında ise P düşüktür. Atom veya moleküllerin duraysız bölgeden duraylı bölgeye göçmesi farklı şekillerde gerçekleşir.
Üç şekilde gelişir; Lattice Diffüzyon; göç doğrudan kristalin içinde gelişir. Grain-boundary diffüzyon; yada kriatl sınırı boyunca gelişir. Surrounding fluid; kristalin dışında ve kristali kuşatan akışkan faz içinde, ceryan edebilir. İşte bu süreçler sonunda kristalin oluşum şekline basınçla ergime (pressure solution) denir.
Yeniden kristalleşme aynı zamanda metamorfik kayaçların dokusal özelliklerini belirleyen bir faktör olarak sayılabilir. Tektonik olaylardan etkilenmeyen sakin bir ortamda oluşan rekristalizasyon sonucu kayaç izotrop bir dokuya (yönsüz doku) sahip olacaktır. Örn; bir magmatik sokulumun yerleşmesinden sonra çevresindeki kayaçlarda sıcaklık yükselmesi sonucu oluşan kristalleşmede kayaçlar bu dokuyu kazanırlar.
Diğer önemli bir durum ise tektonik kuvvetler altında bir deformasyona veya katı halde akmaya uğrayan bir kayaçta gelişen yeniden kristalleşmeyle kayaçlar bir çok şist ve gnayslarda görüldüğü gibi tipik anizotrop dokuya (yönlü doku) sahip olurlar.
3.2 Yeni Mineral Oluşumu Metamorfizma sürecinden önce kayacın bünyesinde var olmayan minerallerin oluşumunu kapsayan sürece yeni mineral oluşumu denir. Bu olay mineraller katı durumda iken meydana gelen kimyasal reaksiyonlar sonucu oluşan bir süreçtir. Metamorfizmanın oluşum şekli ve şartlarını bu kimyasal reksiyonlar incelendiğinde anlaşılır.
Reaksiyonlar sonucu kayaçlarda oluşan mineraller iki aşamada gelişirler. bu aşamada yeni minerale ait çekirdekler ortaya çıkar. ikinci aşamada da bu çekirdekler gittikçe büyüyerek tanınabilir bir mineral haline dönüşürler. Bazı minerallerin oluşumunda ise birinci aşamını mevcut olmadığı görülmektedir.
A. Mineral dönüşümü; bir mineralin kimyasal bileşiminde herhangi bir değişiklik olmaksızın farklı bir kristal yapısına sahip başka bir minerale dönüşümü söz konusudur bu aşamada. Bu polimorfik transformasyon da denir. Bu dönüşümde iki şekilde olur. a) Farklı bir özgül ağılık ve diğer bazı özelliklere sahip yeni bir mineralin ilk olarak çekirdek şeklinde oluştuğu ve giderek büyüdüğü dönüşümdür.
Buna örnek doğada aliminyum silikatlı kayaçların (killi kayaçların) nispeten çoğunlukta olmaları nedeniyle bir çok metamorfik bölgede gözlenen ve duraylılıkları genellikle akışkan faz basıncına değilde P/T koşularında değişime bağlı olan Al 2 SiO 5 lardır. Andaluzit <--> sillimanit (düşük basınç) Disten <--> sillimanit (yüksek basınç ) eşitliklerin sağ tarafı yüksek sıcaklıkları gösterilmektedir.
b) Minerallerin belirli bir sıcaklık ve basınç değişimlerinde aniden birbirlerine dönüşümleri söz konusudur. Bu dönüşümlerde yeni oluşan mineral bir çekirdek oluşumuna sahip değildir. Sıcaklığın alçak veya yüksek oluşuna göre dönüşüm her iki yönlü gelişebilir.
B. Bir mineralin ayrışması sonucu yeni mineral oluşumu; Bu süreç genelde katı çözelti serisi oluşturan minerallerde ortaya çıkan bir süreçtir. Feldispatlarda gözlenen ve pertit oluşumuna yol açan ayrışma süreci (exsolutionkusma) buna bir örnek olarak verilebilir. Ancak bu süreç metamorfik kayaçlarda yeni minerallerin oluşumu için olağan bir süreç değildir.
C. Mineraller arasında cereyan eden kimyasal reaksiyonlar; Metamorfizmada yeni mineral oluşumuna yol açan reaksiyonların çok büyük bir kısmı bu tür reaksiyonlardır. Bu reaksiyonlar sonunda, reaksiyona katılan minerallerin kristal yapılarında bağlı bulunan su serbest kalabilir. Bu tür reaksiyonlar dehidratasyon reaksiyonlardır. Aynı şekilde CO 2 in serbest kaldığı reaksiyonlarda vardır. Bu tür reaksiyonlarada dekarbonatizasyon reaksiyonları denir.
Kayaç oluşturan bir çok mineralin demir içeriğine sahip olması bunlarda oksidasyon reaksiyonlarına da neden olabilir. Bu tür reaksiyonlara örnek olarak Kuvars (SiO2)+ muskovit (KAlSi3O10(OH))2 --> sillimanit ( Al2SiO5)+ortoklaz(KAl2SiO8)+su yüksek sıcaklık etkindir. Kayaçlarda mineraller arasında meydana gelen reaksiyonlara ait bazı ipuçlarına ince kesitte rastlanır. Eğer reaksiyonda tam olarak denge oluşmamışsa kayaçta bu reaksiyonun izlerine rastlanır.
Örneğin; Düzgün sınırlara sahip olması gereken bazı minerallerin girintili-çıkıntılı sınırlarının olması kemirilmiş bir görüntüye sahip olmaları. Birbiriyle sınırı olmayan ancak aynı optik özellikler gösteren tek bir minerale ait parçacıkların varlığı.
3.3 Metamorfik Farklılaşma: Metamorfizma kayaçlarda mevcut mineraller arasında fiziko kimyasal bir dengenin kurulmasını amaçlar. Metamorfik kayaçların bir çoğunda bu denge durumuna genellikle yaklaşılmıştır. Söz konusu denge durumunda kayacın tane büyüklüğü bir süre sonra bir ölçekte birleşeceklerdir. Ancak mineralojik veya kimyasal bileşimdeki bu homojenleşme yerine kayaçların heterojenleşme Kazandığı da görülmüştür. Bu özellik metamorfik farklılaşma dan kaynaklanır.
Metamorfik farklılaşma kayaçlardaki farklı mineralojik ve kimyasal bileşimdeki Seviyelerin/bantların varlığıyla karakterize edilir. Metamorfik farklılaşmayı getiren difüzyonun deformasyona bağlı olarak geliştiği ifade edilir. Metamorfik farklılaşma tipik olarak yüksek dereceli metamorfizmaya uğramış Kayalar için karakteristik bir süreç olsa da bazen düşük dereceli metamorfizmaya uğramış kayaçlarda da rastlanılabilir.
Sonuç olarak metamorfik farklılaşmanın kayaçlar üzerindeki tipik etkisinin Gnayslarda değişik kimyasal ve mineralojik bileşim gösteren bantların ortaya çıkması, hornfels, şist ve gnayslarda porfiroblastların oluşması, birbiriyle reaksiyona giren kayaçların dokanağın da veya minerallerin çevresinde reaksiyon kuşakları meydana gelmesi tipiktir.
3.4 Metasomatizma : Metamorfizma sürecinde kayaçların kimyasal bileşimlerinde H 2 O, CO 2 ve diğer uçucu bileşimlerin dışında herhangi bir değişiklik olmaksızın yeniden kristalleşme ve yeni mineral oluşum süreçleri gelişir.örn: şeyl metamorfizmaya uğradığı zaman içerdiği suyu ve diğer uçucuları kaybeder. Kalsit ve dolomitin katıldığı metamorfik reaksiyonlarda CO 2 açığa çıkar.
Metasomatizmanın en etkin kontak metamorfizma zonlarında gözlenir. Burada yankayaç ve ve kimyası önemlidir. Karbonatlı kayaçlar içinde granit sokulumları ve bu sokulumun çevresinde skarn denilen kalksilikatik mineraller içeren bir zon gelişir. 3.5 Anateksi Metamorfizmanın ileri evrelerinde, sıcaklık ve basıncın çok yükselmesiyle kayaç bileşenlerinde erimeler başlayacaktır. Anateksi adı verilen erime metamorfizmanın üst sınırını temsil eder. Erimenin derecesi ve koşulları, sıcaklığa,
kayaç türüne, yer yüzünden itibaren olan gömülme derinliğine, dolayısıyla artan T ve P koşullarına ve ortamda suyun mevcut olup olmamasına bağlı olarak değişir. Erime önce düşük oluşum sıcaklığına sahip olan kuvars, albit/oligoklaz, ortoklaz vb.g. minerallerde başlayacaktır. Sonra tüm kayaç eriyecektir. İlk erimeyle granitik bileşimli çözeltiler oluşacak sonra katılaşmalarıyla pegmatitik bileşimli damar veya bantlar oluşur.
YAYGIN METAMORFİK KAYALAR Metamorfizmanın kayalar üzerindeki etkisi birçok değişik görünüm kazandırmaktadır: artan densite (özgül ağırlık), tane boyutu değişimi, tanelerin yeniden yönlendirilmesi ve foliasyon gelişimi, düşük sıcaklık minerallerinin yüksek sıcaklık minerallerine dönüşümü. Bunun ötesinde iyon hareketiyle bazen ekonomik değeri olan yeni minerallerin oluşumu da gerçekleşir. Yaygın metamorfik kayaların başlıca özellikleri şekil 14 te özet halinde sunulmaktadır. Metamorfik kayalar genelde foliasyon tipleri ve köken kaya kimyalarına göre sınıflanır.
Şekil 14: Yaygın metamorfik kayaların sınıflandırılması
FOLİASYONLU KAYALAR SLEYT: Sleyt çok ufak taneli (0,5 mm den ufak) foliasyonu mükemmel çok ufak gözle fark edilmeyen mika pullarından oluşur. Böylece sleyt donuk görünüşü ile şeyle benzemektedir. Önemli bir özelliği çok gelişmiş kaya dilinimi sergilemesidir. Düzgün ve ince (birkaç 1mm) levhalara ayrılabilmektedir. Bu özelliğinden dolayı dağlık bölgelerde kiremit yerine kullanılması yaygındır. Karatahta ve bilardo masası olarak ta sleyt levhaları kullanılır. Sleyt düşük derece metamorfizmasıyla şeyl, çamur taşı ve silt taşından oluşur; ayrıca volkanik ve kil katmanlarının metamorfizması ile de
oluşabilmektedir. Renk mineral bileşimine bağlıdır. Siyah (karbonlu) sleyt içinde organik maddeler bol, kırmızı sleytte demir oksit boyamalı, yeşil sleytte ise klorit içerdiğinden rengini alır. FİLLAT: Metamorfizma derecesi aralığında sleyt ile şist arasında yer alır. Sleyte göre bileşimindeki mika minerallerinin boyutları artmış olmasına rağmen çıplak gözle ayırt edilemez. Görünüşte sleyte benzemesine rağmen aradaki önemli fark fillat dilinimi yüzeylerindeki yüksek parlaklık ve hafif dalgalı yüzeylerin bulunmasıdır (şekil X). Kaya dilinimi mükemmel gelişmiş olup bu yüzeyde ufak taneli muskovit, klorit veya her ikisi de bulunabilir.
ŞİST: Şist orta iri tane boyutlu öncelikle levhamsı minerallerden oluşan metamorfik kayaçtır. Levhamsı mineraller genellikle mikalar olup (muskovit ve biyotit) yönlü dizilmeleri ile kayacın foliasyon özelliğini belirler. Buna ilaveten şistlerde kuvars ve feldspat mineralleri de yaygındır. Koyu renkli minerallerin (amfibol) yer aldığı şistlere de sık sık rastlanır. Sleyt gibi birçok şistlerin de köken kaynağı şeylerdir; orta yüksek derece metamorfizmasına uğramış şistler dağ oluşumu esnasındaki metamorfik olaylara bağlıdır. Şist kavramı kaya dokusunu tanımladığı gibi geniş bir bileşim yelpazesine de sahiptir. Bileşimin ortaya çıkarılması minerallerin tanınmasıyla gerçekleşir. Örneğin biyotit ve muskovit içeren şisti mikaşist olarak adlarız.
Metamorfizma derecesine ve köken kaya bileşimine bağlı olarak bazı şistlerde sadece metamorfik kayalara özgü aksesuar mineraller (kayada az sayıda fakat önemli) bulunur. Bunlar çoğun granat, stavrolit gibi porfiroblastlar şeklinde sillimanit demetleri halinde kayada yer alırsa granat mikaşist, stavrolit mikaşist v.s isimlerini alır. Bunların yanında bol klorit ve talk içeren şistler de vardır. Bu durumda klorit şist ve talk şistten söz edilir. Hem klorit hem de talk genellikle bazalt bileşimli köken kayacın metamorfizması ile oluşmaktadır. Grafitte metamorfik kayalarda yaygın bulur; kurşun kalem, grafitli fiberlerde ve kilit mekanizmalarının yağlanması için kullanılır.
GNAYS: İri orta taneli metamorfik kayaçlarda taneli ve uzamış, levhamsı mineraller başlıca bileşen olduğundan kaya gnays adını alır. Gnays içinde en bol bulunan mineraller kuvars, potasyum feldspat, Na-lu plajioklas olarak gösterilebilir. Daha az miktarda biyotit, muskovit ve yönlenmeye katkısı olan amfiboller bulunabilir. Çoğun gnayslar düzensiz parçalar halinde kırıldıkları halde mikaca zengin yüzeylere uygun ayrılma da olasıdır.
Yüksek derece metamorfizmasında açık ve koyu renkli minerallerin belli seviyelerde yoğunlaşmaları gnaysa özgü bantlaşma, katmanlaşma görüntüsünü sağlar. Böylece birçok gnayslarda açık renkli ve pembemsi (kuvarslı, feldspatlı) bantlar ile koyu Fe-Mg lu mineraller bulunduğu bantlar ardışıklı olarak gözlenir (şekil 15). Bantlı gnayslarda deformasyon görüntüsü olarak ufak kıvrım ve faylarda fark edilir.
Şekil 15: Yaygın başlıca metamorfik kayaçlar.
Birçok gnays bileşimi felsik olup, granit veya bunun afanitik karşıtlarından (riyolit gibi) kayalardan kaynaklandığı anlaşılır. Ancak şeylin çok yüksek derecedeki metamorfizması ile de gnays oluşabilmektedir. Bu bağlamda gnays, şeyl sleyt fillat şist gnays dizilimindeki son kayayı temsil eder. Şistlerde olduğu gibi gnays içinde iri boyutlu granat, stavrolit gibi mineraller bulunabilir. Bazalt bileşimine yakın koyu renkli gnayslarda vardır. Örneğin bol amfibollü gnays dokusu gösteren kayacın adı amfibolittir.
FOLİASYONSUZ KAYALAR MERMER: Mermer köken kayası kireçtaşı veya dolotaşı olan iri taneli bir metamorfik kayaçtır (şekil 15). Saf mermerler beyaz renkli olup hemen hemen tamamen kalsit kristallerinden oluşur. Oldukça yumuşak olması nedeniyle (Mohs sertlik derecesi 3) mermer kolayca kesilip şekillendirilebilir. Beyaz mermer özellikle anıt ve heykel yapımında aranan malzemedir. Ne yazık ki asit yağmurlarından etkilenen kalsiyum karbonat bileşimli mermer zamanla zedelenmektedir. Mermerin köken kayası çoğun az miktarda kir maddeleri içerdiğinden renk farkları doğar. Böylece doğada pembe, gri, yeşil, mavi ve hatta siyah mermerler görebiliriz. Bunlarda çok çeşitli aksesuar mineral yer alır (klorit, mika, granat ve vollastonit gibi).
KUVARSİT: Kuvarsit kuvarslı kumtaşlarından oluşmuş çok sert bir metamorfik kayadır. Orta yüksek derece metamorfizması koşulları altında kumtaşındaki kuvars taneleri iyice iç içe geçerek kenetlenir. Bu bağlantı o kadar iyi gelişir ki kaya kırıldığında kırık yüzeyleri taneleri ikiye ayırır, sınırları izlemez. Bazı durumlarda çapraz tabakalanma gibi yapılar korunmuştur. Saf kuvarsitin rengi beyaz olmasına rağmen demir oksitli yerler kırmızımsı pembe boyanmış, koyu mineraller gri renkli kalır.
Epiklastik kayaçların kontakt metamorfizması sonucu: Kuvarsit: Ana kayacı kumtaşıdır. Özellikleri: Orta-ince taneli, masif, sert, yönlenme göstermez, beyaz-kahve ve daha başka değişik renklerde gözlenir. Ana kayacın tane boyundaki artmalara bağlı olarak metamorfik kayaç metakumtaşı, metakonglamera adını alır. Magmatik kayaçların kontakt metamorfizması sonucu: Magmatik kayaçlara sokulum yapan yine magmatik kütleler eğer yüksek sıcaklığa sahipse kayacın dokusunda ve minerallerinde değişiklikler yapabilir. Kuvarsplajiyoklaz mineralleri arasında granoblastik doku gelişir. Kayaç porfirik dokuya sahipse porfiroblastik doku gelişir. Yeniden kristallenmeye bağlı olarak minerallerin büyüklüğü artar. Biyotit piroksen, manyetit, spinel, korund, sillimanit, ortoklaz Hornblend piroksen, biyotit Plajiyoklaz epidot, klorit
kuvarsit
kuvarsit
Killi kayaçların bölgesel metamorfizması sonucu: Arduvaz: Diyajenezle sıkışmış ve yapraksı bir doku kazanmış killi kayaçlarla (şeyl) ile fillitler arasında bir konuma sahiptir. Alçak dereceli bir metamorfizma hakimdir. Özellikleri: Serizit mineralinin oluşturduğu şist dokusuna sahiptir. İnce ve büyük levhalara ayrılabilir. Fe içeriğine bağlı olarak kırmızı kahve, pembe ve siyah renkli olabilir. Mat parlaklığa sahiptir. Tabakalanmaya eğik kırılır. Fillit: Tane boyu arduvaz-şist arasındadır. Arduvazın yine düşük sıcaklık ve basınç koşulları altında metamorfizması ile oluşur. Özellikleri: Belirgin yönlü doku ve folyasyon gösterir. İpeksi bir görünüme sahip olup, serizit, kuvars, klorit minerallerini içerir. Şist: Bileşenleri makroskopik olarak tanınır. Fillosilikatların baskın olması nedeniyle iyi folyasyon gösterir. Bantlaşmalar mm-cm ölçeğindedir. Porfiroblastik doku yaygındır. Muskovit, biyotit, stavrolit, disten, sillimanit, granat, feldispat, kuvars, amfibol, epidot, turmalin, grafit, apatit, zirkon gibi geniş yayılım gösteren mineraller mevcuttur. Gnays: Az veya belirgin düzlemsel doku mevcuttur. Bantlaşma cm-dm kalınlıklarındadır. Kuvars, feldispat, granat, piroksen, hornblend, biyotit, sillimanit, disten, muskovit, stavrolit, turmalin mineralleri mevcuttur.
Fillit arduvaz
arduvaz
Şist dokusu arduvaz İyi gelişmiş folyasyon
Şist dokusu İyi gelişmiş folyasyon
Granat-muskovit şist Porfiroblastik doku
Gnays
Gnays
Yönlü Dokular 1. Lineasyon Metamorfik kayaçlarda çubuksu (prizmatik, yassı pirizmatik) minerallerin (hornblend, piroksen, disten vb..) veya mevcut diğer ince-uzun bileşenlerin (merceksi, uzun çakıllar, fosiller veya mineral agregaları...) uzun eksenleri birbirlerine paralel olacak şekilde dizilmesi ile oluşur. Ayrıca kıvrımlanmış kayaçlarda kıvrım eksenleri de lineasyonu oluştururlar. Arazide doğrultusu, dalım açısı ve dalım yönü ölçülerek haritaya geçirilir. 2. Şist Dokusu Gözle görülebilecek şekilde yapraksı, çubuksu, merceksi biçimlere sahip minerallerin belirli düzlemlerde birbirlerine paralel şekilde dizilmesiyle oluşur. 3. Gnays Dokusu Açık ve koyu renkli minerallerin kayaçlarda bantlar veya çok muntazam olmayan düzlemsel seviyeler şeklinde toplanmaları sonucu oluşur. 3.4. Folyasyon Şist veya gnays dokusuna sahip kayaçların birbirine paralel yapraklar, levhalar veya dilimler şeklinde ayrılma özelliğine denir. Arazide doğrultusu, eğimi ve eğim yönü ölçülerek harita üzerine işlenir.
Lineasyon türleri a. Yönlenmiş mineral agregaları b. Çubuksu mineraller c. Levha şekilli mineraller d. Kıvrım eksenleri e. Birbirlerini kesen plakalar
Kıvrımlanma (kıvrım eksenleri lineayonu oluşturmaktadır)
Lineasyon
şistozite Kalıntı yatak yüzeyi tabakalanma yüzeyi
Arduvaz Fillit
Gnays dokusu
Folyasyon
Gözlü Gnays
Folyasyon türleri a. Bileşimsel b. Plaka şekilli c. Deforme taneler d. Tane boyu varyasyonu e. Yönlenme göstermeyen matriks içerisindeki plaka şekilli mineraller f. Merceksi mineral agregaları g. Yönlenmiş çatlaklar h. Yukardaki bileşenlerin kombinasyonu
Şist dokusu İyi gelişmiş folyasyon
Migmatit
Migmatit
Migmatitler: Kısmen plütonik, kısmen metamorfik kayaçlara benzerlik gösterirler. Kıvrımlı olması ve anateksi evresinin ardından gelişmesi nedeniyle yüksek T ve P koşulları çoğu zaman etkili olmaktadır. Açık renkli (kuvars + feldispat) ve koyu renkli (biyotit + hornblend) minerallerin oluşturduğu bantlardan oluşur.
Metamorfik Kayaçların Sınıflandırılması Metamorfizma geçirmiş kayaçlar değişik kriterlere bakılarak sınıflandırılırlar. Mineralojik Bileşimlerine, el örneği ve sahadaki dokularına, kimyasal bileşime, metamorfizmanın P/T koşullarına bakarak sınıflandırılırlar.. Mineralojik bileşim } Dokusal özellikler Kimyasal bileşim Önemli kriterler Etkili sıcaklık ve basınç koşulları Dokusal Özellikler: Belirgin folyasyon gösteren kyç. (arduvaz, şist, gnays) Zayıf folyasyon gösteren kyç. (gnays, migmatit, milonit) Folyasyon göstermeyen kyç (serpantinit, hornfels, kuvarsit, mermer) Bazı önemli tanımlamalar: Fillit Şist Gnays Fels Meta- ön takısı
Met. Kyç.larda miktar bakımından en çok bulunan bileşenler kuvars, feldispat,fillosilikatlar ve karbonat mineralleri. Bu bileşenler bir eşkenar dörtgenin kenarlarına yerleştirilmişlerdir. Yeşilşist fasiyesinde fillitler, amfibolit fasiyesinde şist ve gnays yer alır. Fillit ve şistleri birbirinden ayırmak için kayaçtaki mikaların tane büyüklüğüne bakılır; Arduvaz: Diyajenezle sıkışmış ve yapraksı bir doku kazanmış killi kayaçlarla (şeyl) ile fillitler arasında bir konuma sahiptir. Alçak dereceli bir metamorfizma hakimdir. Özellikleri: Serizit mineralinin oluşturduğu şist dokusuna sahiptir. İnce ve büyük levhalara ayrılabilir. Fe içeriğine bağlı olarak kırmızı kahve, pembe ve siyah renkli olabilir. Mat parlaklığa sahiptir. Tabakalanmaya eğik kırılır.
Fillit: ince taneli, çok ince şist dokusu gösteren kyç.lar. Tane boyu arduvaz-şist arasındadır. Arduvazın yine düşük sıcaklık ve basınç koşulları altında metamorfizması ile oluşur. Ana bileşeni % 50-90 arasında değişen çok ince, pulsu ve büyüklüğü 0.1 mm nin altında olan serisitlerdir. Kayacın diğer anabileşeni kuvarstır miktarı % 50 nin üzerinde bulunur ve kuvars fillit denir. Feldispat miktarı ise % 10 altında bulunur. Özellikleri: Belirgin yönlü doku ve folyasyon gösterir. İpeksi bir görünüme sahip olup, serizit, kuvars, klorit minerallerini içerir.
Şist: orta ve iri taneli, düzlemsel veya çizgisel olabilen ve paralel doku göteren kyçlar. Bileşenleri makroskopik olarak tanınır. Fillosilikatların baskın olması nedeniyle iyi folyasyon gösterir. Bantlaşmalar mm-cm ölçeğindedir. Porfiroblastik doku yaygındır. Muskovit, biyotit, stavrolit, disten, sillimanit, granat, feldispat, kuvars, amfibol, epidot, turmalin, grafit, apatit, zirkon gibi geniş yayılım gösteren mineraller mevcuttur. Feldispat miktarı % 20 nin altındadır. Kyç. a isim veren mineraller ise %50 nin üzerindedir. Mikaşist, Kloritşist Gnays: orta ve iri taneli, parelel doku gösteren, Az veya belirgin düzlemsel doku mevcuttur. Bantlaşma cm-dm kalınlıklarındadır. Kuvars, feldispat, granat, piroksen, hornblend, biyotit, sillimanit, disten, muskovit, stavrolit, turmalin mineralleri mevcuttur. Feldispat %20 nin üzerinde, mika ise en az % 10 olarak vardır. Kuvars çok az olabilir.
Fels: Kelime olarak almancada metamorfik kayaçlara ait bir dokuyu ifade eder ve kaycın herhangi bir yönlenme göstermediğini ve masif bir şekilde olduğunu belirtir. Min. Bileşime göre bantlaşmalar gösterbilir. Kabaca yönlenmeler saptanabilir. Kontak metamorfizma zonlarında benzer özelliklere sahip kayaçlara hornfels denir. şistlere çekiçle vurulduğunda yölenmeye paralel olarak gayet güzel mm ve 1cm arasında değişen kalınlıkta dilimlere veya eğer bir lineasyon varsa ince uzun parçalara ayrılırlar. Gnays dokusu gösteren kayaçalar ise yönlenmeye paralel olarak 1 cm ile dm arasında değişen kalınlıklarada levha veya bloklara /çubuklara ayrılırlar.
Met. Kayaçlar sahip oldukları dokusal özellik nedeniyle hangi tür kayaçlardan Türedikleri anlaşılabiliyorsa buna bağlı olarak bazı takılar eklenmektedir. Meta- köken kayacı saptanabilen metamorfik kayaçlar için kullnılır. Metagernit, metagrovak Orto- köken kayacı magmatik kayaç olan metamorfik kayaçlar için kullanılır. Ortognays, ortoamfibol Para- köken kayacı sedimanter kayaç olan metamorfik kayaçlar için kullanılır. Paragnays, paraamfibol