METAMORFİK K PETROGRAFİ (Petrografi II. Bölüm) B Ders Sorumlusu Prof.Dr. Sabah YILMAZ ŞAHİN
METAMORFİZMA ve METAMORFİK K KAYAÇLAR Metamorfizma; kayaçların, diyajenez ve alterasyon dışında, oluşum koşullarından farklı koşullara (sıcaklık, basınç, tektonizma ) maruz kaldıklarında uğradıkları yapısal ve dokusal değişimlere metamorfizma denir. Metamorfizmada, kayacın toplam kimyasal bileşimi değişmez, fakat rekristalizasyon ve neomineralizasyon gibi süreçlerle, mineral türleri ve formları değişir. Bunun anlamı, metamorfizma olayı ile, minerallerin kristalografik sistemleri değişebilir; toplam kimyasal bileşimde bulunmak kaydı ile yeni mineraller meydana gelebilir. Diyajenez (250-300 0 C) METAMORFİZMA Anateksi (700-800 0 C)
METAMORFİZMA FAKTÖRLERİ 1. Sıcaklık 2. Basınç 3. Kimyasal bileşim 4. Zaman Kayaç, oluştuğu oluşum koşullarında farklı ortam koşullarına taşındığında (diyajenez sonrası) belli bir jeolojik zaman diliminde metamorfizma gerçekleşir. Metamorfizma ile köken (birincil) kayacın kimyasal bileşimine bağlı olarak yeni metamorfik kayaçlar türer. Metamorfik süreçlerin (rekristalizasyon, neomineralizasyon gibi) gerçekleşebilmesi için, zaman faktörü de son derece önemlidir.
1.Sıcaklık: Metamorfizmada etkili sıcaklık 250-300 0 C ile 700-800 0 C aralığı içinde gelişir. Yerkabuğunda sıcaklığın yükselmesi; 1. Magma sokulumu sonucu olabildiği gibi (kontakt metamorfizma), kayaçların yerkabuğunda herhangi bir nedenle derinlere gömülmeleri veya yerkabuğu derinliklerinden yukarı doğru olan sıcaklık akımının oranında artma sonucu (bölgesel metamorfizma) da meydana gelebilir. 2. Jeotermal gradyan ile, yerkabuğunda derinlere gidildikçe sıcaklığın ortalama 15-20 0 C/km, bazı bölgelerde ise 10 0 C/km olarak yükseldiği bilinmektedir. Örneğin, yerkabuğunun 20 km derinliklerde mevcut olabilecek sıcaklığın 300-500 0 C dolayında olabileceği, yerkabuğunda tabanı devamlı olarak çöken ortamlarda biriken sedimanların ise 20 0 C/km şeklinde artan bir jeotermal gradyan ile 35 km derine indiklerinde 700 0 C dolayında bir sıcaklık etkisinde kalacakları ve böylece bu kayaçlarda bir metamorfizma oluşabileceği ileri sürülmektedir. 3. Mineraller arasında gelişen kimyasal reaksiyonlar sıcaklık artışına neden olabilir.
2. Basınç 1. Litostatik basınç, 2. Stres 3. Akışkan fazı Litostatik Basınç: Litostatik basınç üstte bulunan kayaçların yoğunluk ve kalınlıklarına bağlı olarak, altta bulunan kayalara uygulanan basınçtır. Litostatik basınç derinlere doğru 250-300 bar/km dolayında yükseldiği, metamorfizma esnasında etkili litostatik basıncın genellikle 0-10 Kb arasında değişen değerlerde Kıtasal kabukta derinliğe göre litostatik basınç değişimi, Derinlik (km) Basınç (Kb) 10 2.6 35 10 50 15
Stres (Yönlü basınç): Metamorfik kayaçların dokusal özelliklerini belirleyen en önemli faktörlerden biri 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 parçalanmalar ile oluşurlar. Stresin kayaç bileşenlerini parçalama/ufalama şeklindeki fiziksel etkisi, bileşenlerin tane boylarının küçülmesine yol açar ve dolayısıyla bunların birbirleri ile kimyasal reaksiyona girmelerini kolaylaştırır. Stres ısı kaynağı olarak da düşünülebilir. Burada kayaç kütlelerinin birbirleri üzerinde hareket etmeleri sonucu bir sürtünme ısısı ortaya çıkabilir.
Akışkan Faz Basıncı: 1. Su basıncı (P H2O ) 2. Karbondioksit basıncı (PCO2) 3. Oksijen basıncı (P O2 ) Metamorfizmaya uğrayan kayaçların gözeneklerinde, ince çatlaklarında veya mineral yüzeylerinde bir miktar su bulunmaktadır. Ayrıca kayaçları oluşturan bazı minerallerin kristal yapılarında (OH) şeklinde bulunan kristal suyu da bazı metamorfik reaksiyonlar sonucu serbest kalmaktadır. Akışkan faz basıncı birçok durumlarda litostatik basınca eşit yüksekliktedir. Ancak kırık ve çatlakların yeryüzüne kadar uzandığı yüzeye yakın bölgelerde serbestleşme nedeni ile akışkan faz basıncı, doğal olarak litostatik basınçtan daha küçük olacak ve önem taşımayacaktır.
3. Kimyasal Bileşim İlksel kimyasal bileşim, metamorfik kayaçların mineralojik bileşiminin yanı sıra aynı zamanda, metamorfizmada oluşan minerallerin kimyasal bileşimlerini de tayin eden bir faktördür. Örneğin granat mineralleri karbonatlı kayaçların metamorfizması ile oluşmuşlarsa Cabakımından zengin (grossular-andradit) bir durum gösterirler. Benzer kimyasal bileşime sahip düşük ve yüksek metamorfizma dereceli kayaçlarda bulunan mineralllerin kimyasal bileşiminde farklılıklar ortaya çıkabilir. 4. Zaman Metamorfizma ile köken (birincil) kayacın kimyasal bileşimine bağlı olarak yeni metamorfik kayaçlar türer. Metamorfik süreçlerin (rekristalizasyon, neomineralizasyon gibi) gerçekleşebilmesi için, zaman faktörü de son derece önemlidir.
METAMORFİZMA SÜREÇLERİ 1. Yeniden kristalleşme (rekristalizasyon) 2. Yeni mineral oluşumu (neo-mineralizasyon) - Mineral dönüşümüd - Bir mineralin ayrış ışması ile yeni minerallerin oluşmas ması - Mineraller arasında ceryan eden kimyasal reaksiyonlar 3. Metamorfik farklılaşma 4. Metasomatizma 5. Anateksi
Rekristalizasyon: Metamorfizma sırasında, köken kayaçta bulunan kristallerin sıcaklık ve basınç gibi metamorfik etmenlerle çözünmeden, daha ideal ve iyi gelişmiş olarak yeniden kristallenmesi olayıdır. Neomineralizasyon: Metamorfizma öncesi (köken) kayaçta mevcut olmayan yeni minerallerin oluşumunu kapsayan sürece yeni mineral oluşumu anlamında kullanılır. Bu süreç mineraller arasında katı durumda gerçekleşen kimyasal reaksiyonlar sonucu gelişir. Metasomatizma: Metamorfizma sırasında kayaçların kimyasal bileşimlerinde H 2 O, CO 2 ve diğer uçucu bileşenlerin dışında herhangi bir değişiklik olmaksızın rekristalizasyon ve neomineralizasyon süreçleri gelişir. Örneğin kalsit ve dolomitin katıldığı metamorfik reaksiyonlarda CO 2 açığa çıkar. Bazı metamorfik kayaçlarda ise, kayaç içerisinde dolaşan çözeltilerden dolayı kimyasal bileşimde bir değişimin olduğu gözlenir ve bu süreç metasomatizma olarak tanımlanır. Anateksi: metamorfizmanın ileri evrelerinde, sıcaklık ve basıncın çok yükselmesi ile kayaç bileşenlerinde erime başlayacaktır; anateksi olarak tanımlanan bu erime noktası, metamorfizmanın sonunu ve kısmi ergimenin başlangıcını işaret eder.
METAMORFİZMA ÇEŞİTLERİ Metamorfizma genel olarak yersel ve bölgesel metamorfizma olmak üzere iki ana guruba ayrılır. Bu süreçler, metamorfizmada etken olan faktörlere bağlı olarak alt guruplara ayrılır. 1. Yersel (lokal) metamorfizma 2. Bölgesel (rejyonal) metamorfizma a. Kontak metamorfizma a. Dinamotermal metamorfizma b. Pirometamorfizma b. Gömülme metamorfizması c. Hidrotermal metamorfizma c. Okyanus tabanı metamorfizması d. Dinamik metamorfizma
İlerleyen/progresif metamorfizma Gerileyen/retrogresif retrogresif metamorfizma Terslenmiş/ınverted nverted metamorfizma
METAMORFİZMADA FASİYES VE ZON KAVRAMI Metamorfizma zonları: Met. Kayaçlar ların oluşum um derinliklerine ve kayaçlar ların n kimyasal bileşimlerine imlerine göre tanımlanmas mlanması ile zon kavramı ortaya atılm lmıştır r (Grubenman( Grubenman, 1904). Buna göre; g Epizon, mesozon, katazon kavramları tanımlanm mlanmıştır. Metamorfik fasiyes ise, aynı P-T T koşullar ulları altında oluşmu muş mineral toplulukları olarak tanımlan mlanır r (Eskola( Eskola,, 1915). İndeks mineral: Belirli bir sıcakls caklık k ve basınç koşulunu karakterize eden mineral. Örn; Disten,, yüksek y basınç koşullar ullarını karakterize eder.
Epizon: Sıcaklığın düşük veya orta derecede olduğu, litostatik basıncın düşük, stresin yüksek (bazen bulunmayabilir) olduğu üst zondur. Bu zona ait tipik mineraller; Fe ve Mn içeren granat, aktinolit, glokofan, klorit, epidot/zoisit, talk, albit, muskovit ve anataz... olarak sayılabilir. Mezozon: Sıcaklık ve basıncın epizondan daha yüksek, stresin çok yüksek (bazen bulunmayabilir) olduğu orta zondur. Bu zona ait tipik mineraller; hornblend, kısmen aktinolit ve antofillit, almandin türü granat, epidot/zoisit, disten, anortitçe zengin plajiyoklaz, ender olarak da ortoklaz, muskovit, biyotit, flogopit, stavrolit, klorit olarak sayılabilir. Katazon: Sıcaklık ve basıncın çok yüksek, stresin diğer zonlardan daha düşük olduğu alt zondur. Bu zona ait tipik mineraller; diyopsit ve omfazit türü ojit, hornblend, olivin, almandin-pirop-grossular türü granat, kordiyerit, anortitçe zengin plajiyoklaz, alkali ojit, alkali hornblend, ortoklaz, biyotit, sillimanit ve spinel olarak sayılabilir. Her üç zonda da bulunabilen herhangi bir zonu karakterize etmeyen arsız mineraller olarak da kuvars, rutil, titanit, kalsit, biyotit... sayılabilir.
METAMORFİZMA FASİYESLERİ Metamorfik fasiyes kavramında, kayaçların içerdikleri ve aynı basınç/sıcaklık (P/T) koşulları altında birbirleriyle kimyasal dengede bulunan değişik bileşimdeki mineral topluluğu ifade edilmektedir. Mineral toplulukları, metamorfizmaya uğrayan köken kayacın kimyasal bileşimine bağlı olarak çeşitlilik gösterir. Bu nedenle metamorfizma fasiyesleri, tek bir kayaç tipi ile belirlenemezler. Kimyasal bileşimi aynı olan kayaçlardan, aynı fasiyes koşulları altında aynı mineral toplulukları oluşur. Değişik P/T koşullarını temsil eden ve değişik kayaç/mineral grupları ile karakterize edilen metamorfik fasiyesler arasındaki sınırlar kesin olmayıp, geçişlidir.
İndeks mineral: Belirli bir sıcaklık k ve basınç koşulunu karakterize eden mineral. Örn; Disten,, yüksek y basınç koşullar ullarını karakterize eder.
Metamorfizmanın alt ve üst limitleri
METAMORFİK KAYAÇLARDA YAPISAL- DOKUSAL ÖZELLİKLER Metamorfik kayaçlardaki dokusal özellikler oluşum um şekillerine ve görünümlerine dayanarak; 1. Kristaloblastik doku (granoblastik, nematoblastik, lepidoblastik, mozayik,, karmaşı şık, grift, ) Metamorfizma koşullar ulları altında meydana gelen dokusal özelliklerin ifadesi için i in genelde -blastik son takısı kullanılır. Bu ortamda oluşan kristallere kristaloblast veya kristaloblastik doku adı verilir. 2. Kristaloklastik doku (kataklastik, mörter, porfiroklastik) 3. Kalınt ntı dokusu (Blasto- ön n eki alırlar, plastoporfirik gibi) 4. YönlY nlü doku (lineasyon, foliasyon, şiztozite, gnaysozite,..)
Metamorfizmada Yapı Kavramı Düzlemsel yapılara yapraklanma veya foliasyon adı verilir Çizgisel yapılar ise lineasyon adını alır Ustaömer mer,, 2007
Ustaömer mer,, 2007
Ustaömer mer,, 2007
Ustaömer mer,, 2007
Ustaömer mer,, 2007
METAMORFİK KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMASI 1. Kuarallı adlama: Kayacın dokusal özellikleri dikkate alınarak, metamorfizma için indeks mineral olarak değerlendirilen minerallerin türleri ve bolluklarına göre yapılır. Bu sınıflamada dokuyu ifade eden fillit, -şist, -gnays, -fels terimleri kayaç adına son ek olarak eklenirken, kayaçta bulunan indeks minerallerin tamamı tek tek veya mineral gurubu olarak adlamanın başına, bolluklarına göre azdan çoğa doğru sıralanarak yazılır. Burada kullanılan dokusal kavramlar tane boyunu da içerir. Fillit, İnce taneli, yapraklanmanın kalınlığı mm den daha azdır. Şist, orta taneli, kayaçtaki yapraklanmanın - mineral diziliminin foliasyonun milimetre (mm) boyutunda veya daha fala olduğu durumu; Gnays ise, iri taneli santimetre (cm) boyutunda olduğu durumu ifade eder. Fels kavramı ise, kayaçta her hangi bir yönlü dokunun (yapraklanma, mineral dizilimi, foliasyon gibi) bulunmadığını işaret eder. Örneğin: Sillimanit-disten şist, kalksilikatik şist, Amfibol fels, Kalksilikatik fels
2. Kuralsız adlama: Metamorfik kayaçlardan bazıları kuralsız olarak adlanmış olmasına rağmen, kullanımları o kadar yaygınlaşmıştır ki, sadece kayaç ismi, o kayacın mineral parajenezini, yapısal-dokusal özelliklerini, metamorfizma türünü ve fasiyesini açıklayıcı olabilmektedir. Bu kayaçların bazıları, hornfels, mermer, kuvarsit, amfibolit, arduvaz, benekli arduvaz, migmatit ve eklojit olarak sayılabilir. Bu adlamada göz önüne alınmış olan özellikler, mineral toplulukları, yapısal-dokusal özellikler, metamorfizma tür ve fasiyesleri ile bölgesel tanımlamalardır.
Köken kayacına göre Metamorfik Kayaçların Sınıflandırılması Meta- öntakısı,, yapısal sal-dokusal özellikleri, kısmen k mineralojisi hangi kayaçtan türedikleri t anlaşı şılabilen metamorfik kayaçlar için i in kullanılır, yani köken k ken kayacı saptanabilen metamorfik kayaçlar için i in kullanılır Örn., metagranit, metagraovak, Orto- öntakısı, Magmatik kayaçlardan türeyen t metamorfik kayaçlar ları tanımlamada kullanılır. Örn., ortognays, orto amfibolit. Para- öntakısı, Sedimanter kayaçlardan türeyen t metamorfik kayaçlar ları tanımlar, Örn., Paragnays,, para amfibolit.
Kataklastik Kayaçların Sınıflandırılması 1. YönlY nlü doku gösteren g, yoğun kataklastikler Protomilonit, Milonit, Ultramilonit 2.. Yeniden Kristallenme gösteren veya masif olanlar Milonit gnays Milonit şist, Blastomilonit
LEVHA TEKTONİĞİ VE METAMORFİZMA Uzaklaşan an levha sınırlars rlarındaki metamorfizma Yaklaşan an levha sınırlars rlarındaki metamorfizma (Çarpışma kuşaklar aklarındaki metamorfizma) (kıta ta-kıta, ta, kıtak ta-okyanus, okyanus-okyanus) okyanus) Birbirlerine göre g kayan levha sınırlars rlarındaki metamorfizma
Metamorfik kayaç dokuları
İsviçre Alpleri -2006, Lozan