1

METAMORFIZM

Termin metamorfizm po raz pierwszy wprowadził do nauki Charles Lyell w 1833 roku.

Określił nim zespół procesów prowadzących do przeobrażenia skał magmowych tudzież
osadowych(zmiana składu chemicznego, mineralnego, budowy – organizacji wewnętrznej) pod
lub na powierzchni Ziemi, pod wpływem działania wysokiej temperatury lub wysokiego
ciśnienia, lub obu tych czynników naraz.

Największą rolę w procesach metamorfizmu odgrywa temperatura. Wzrasta ona o 3

o

C

na każde 100 m głębokości(gradient geotermiczny),a także może być podwyższona w
sąsiedztwie ognisk magmatycznych(intruzji) lub wskutek ciepła przenoszonego przez prądy
konwekcyjne. Działanie podwyższonej temp. polega przede wszystkim na topieniu skał
i przyspieszaniu tempa reakcji chemicznych(zmiana składu chemicznego).

Podwyższone ciśnienie w głębi skorupy ziemskiej jest spowodowane ciężarem nakładu

warstw skalnych – ciśnienie statyczne lub też jest wynikiem procesów tektonicznych –
ciśnienie dynamiczne. Wymienione rodzaje ciśnień do pewnej głębokości są ciśnieniami
kierunkowymi i ich wartość nie przekracza 300 KPa. W niżej leżących warstwach skalnych
ciśnienie działa we wszystkich kierunkach i zwane jest ciśnieniem hydrostatycznym
(petrostatycznym).

Przeobrażanie skał mogą też spowodować gorące pary i gazy, wydzielające się

z magmy, a także gorące roztwory, przenikające do skał otaczających ognisko magmowe.

RODZAJE METAMORFIZMU
W zależności od działających na skały czynników wyróżniamy kilka rodzajów metamorfizmu:



termiczny(kontaktowy) – zachodzi w sąsiedztwie gorącej magmy lub lawy. W wyniku
działalności wysokiej temp. dochodzi do zmiany składu mineralnego i struktury skał
otaczających. Zasięg tego rodzaju metamorfizmu w zależności od temp. magmy(lawy),
czasu jej oddziaływania, rodzaju skał otaczających wynosi od kilku milimetrów nawet do
kilku kilometrów w głąb zmienionej skały.
Przykładem mogą być marmury powstałe z wapieni, kwarcyty z piaskowców kwarcytowych,
hornfelsy ze skał ilastych.
Metamorfizmowi termicznemu znacznie łatwiej ulegają skały osadowe niż magmowe.



dynamiczny – zachodzi w skałach pod wpływem działających w skorupie ziemskiej ciśnień
kierunkowych(około 400 atm.), wyzwalając duże ilości energii wskutek tarcia. Działa on
przede wszystkim w trakcie ruchów fałdowych, górotwórczych oraz uskokowych.
Minerały w skałach ułożone są zazwyczaj w sposób chaotyczny, a ciśnienie kierunkowe
powoduje ich uporządkowanie, polegające na ułożeniu minerałów: o przekroju pręcikowym
lub słupkowym w kierunku równoległym do działającego ciśnienia, o przekroju
blaszkowatym w kierunku prostopadłym.
Przykładem mogą być łupki krystaliczne powstałe z ziarnistych skał okruchowych,
mylonity, powstające w strefach uskokowych.



regionalny – zachodzi wówczas gdy w trakcie ruchów tektonicznych bloki skalne zostaną
wciągnięte na dość znaczne głębokości, gdzie panują zarówno wysoka temperatura, jak

2

i wysokie ciśnienie. Stopień zmetamorfizowania skał zależy od głębokości na jaką zostaną
wciągnięte.
Przykładem mogą być gnejsy i eklogity.



metasomatyczny – następuje wówczas, gdy do skał poddanych wysokiej temp. lub
wysokiemu ciśnieniu(lub obu tym czynnikom naraz) zostaną doprowadzone gorące pary i
gazy. Wtedy skład chemiczny skał ulegnie zmianie, gdyż pewne składniki zostaną
doprowadzone, a inne odprowadzone. Procesy metasomatyczne odgrywają dużą rolę w
metamorfizmie regionalnym i kontaktowym. Przy obu tych rodzajach metamorfizmu
jednocześnie ze skał wapiennych powstają skarny.
Mamy kilka rodzajów metamorfizmu metasomatycznego:
♦

pneumatoliza – polega na przeobrażaniu skał i minerałów pod wpływem składników
lotnych, wydostających się z intruzji, w wyniku czego powstają skały zwane
grejzenami. Pneumatoliza zachodzi zazwyczaj w sąsiedztwie skał kwaśnych(są
bogatsze w gazy), niż skał zasadowych.

Produktami pneumatolizy są turmalin, topaz, kasyteryt, wolframit.

♦

hydrotermalny – polega na przeobrażaniu skał pod wpływem gorących roztworów
pochodzenia magmowego. Głównymi procesami tego metamorfizmu są: serpentynizacja
(przeobrażanie perydotytów w serpentynity), dolomityzacja(przeobrażanie wapieni w
dolomity), kaolinizacja

(przeobrażanie skał glinokrzemianowych w kaolin, pod wpływem

gorących roztworów, zawierających CO

2

).

Ze względu na procesy, polegające na zmianie składu chemicznego skał, metamorfizm możemy
podzielić na:


izochemiczny – do skał nie zostają doprowadzone żadne inne substancje i skład chemiczny
skały przeobrażonej nie ulega zmianie(dynamiczny, termiczny lub regionalny).



allochemiczny – do skał doprowadzane są nowe substancje w postaci par, gazów lub
roztworów i skład chemiczny ulega zmianie(metasomatyczny).

Jeżeli skały przeobrażają się tak, że w miarę wzrostu temp. lub ciśnienia(lub obu)

osiągają coraz wyższy stopień metamorfizmu to mówimy o metamorfizmie progresywnym.
Jeżeli natomiast skały zmetamorfizowane wydostaną się na powierzchnię Ziemi w dość
szybkim czasie(np. podczas orogenezy), w warunki znacznie niższego ciśnienia i temp. i ulegną
metamorfizmowi, to mówimy o metamorfizmie retrogresywnym(diaftorezie).

W czasie procesów orogenicznych skały zmetamorfizowane kontaktowo mogą ulec

przeobrażeniu dynamicznemu, wtedy mówimy o metamorfizmie kompleksowym.

Jeżeli skała ulegnie przeobrażeniu w czasie jednej orogenezy to mówimy o

monometamorfizmie, natomiast, jeżeli ta sama skała poddana zostanie metamorfizmowi w
różnych orogenezach to wtedy mamy do czynienia z polimetamorfizmem.

STREFY I FACJE METAMORFIZMU

Ponieważ wraz z głębokością wzrasta temperatura i ciśnienie, ze względu na tę

głębokość zmienia się stopień zmetamorfizowania skał. Dzięki temu wyróżniono kilka stref
metamorficznych:


epi – najpłytsza; panują tu temperatury do 300

o

C oraz ciśnienia kierunkowe. W tej

strefie powstają: łupki serycytowe, łupki chlorytowe, fyllity.

3



mezo – od głębokości 10 km do 20 km. Temp. dochodzą tu do 500

o

C, a ciśnienie panuje

zarówno kierunkowe jak i petrostatyczne, dochodzące do 500 KPa. W tej strefie
powstają gnejsy i amfibolity.



kata – poniżej 20 km, temp. około 800

o

C i panuje ciśnienie petrostatyczne. W tej strefie

powstają gnejsy i eklogity.

Nazwę facja metamorficzna wprowadził do geologii fiński petrograf Pentti Eskoli.

Oznacza ona zespół mineralny, który jest charakterystyczny dla określonych warunków
metamorfizmu.
Wyróżniamy następujące facje metamorficzne:
•

sanidynową – powstaje ona wskutek bardzo wysokich temperatur, a bardzo niskiego
ciśnienia – jest charakterystyczna dla metamorfizmu kontaktowego; typowym minerałem
tej facji jest sanidyn, będący odmianą skalenia potasowego.

•

zieleńcową – powstaje ona w warunkach umiarkowanego ciśnienia i temperatury;
charakteryzują ją m.in. chloryt, serycyt, albit.

•

amfibolitową – charakterystyczna jest dla podwyższonych temperatur i umiarkowanego
ciśnienia; w facji tej przeważają plagioklazy i amfibole.

•

łupków glaukofanowych – tutaj temp. jest bardzo niska, a ciśnienie wysokie –
charakterystyczna dla metamorfizmu dynamicznego; znamienne dla tej facji jest
występowanie glaukofanu, będącego odmianą sodowego amfibolu.

•

piroksenowych hornfelsów – powstaje w warunkach umiarkowanego ciśnienia lecz bardzo
wysokich temperatur – jest typowa dla metamorfizmu termicznego; minerały tej facji to
skaleń i piroksen.

•

granulitową – charakterystyczna dla bardzo wysokich temp. i ciśnień – metamorfizm
regionalny: minerały tej facji to kwarc, skaleń i granat.

•

eklogitową – podobnie jak w poprzedniej powstała przy wysokich temp. i ciśnieniach; jest
typowa dla dolnych warstw skorupy ziemskiej; jej minerały to granaty i pirokseny
(omfacyt).

ULTRAMETAMORFIZM

Ultrametamorfizmem nazywamy procesy przeobrażania skał w warunkach ich

częściowego stopienia; procesy te są na pograniczu metamorfizmu i plutonizmu.

Podczas intrudowania skał przez magmę, wdziera się ona we wszystkie szczeliny oraz

wzdłuż powierzchni warstwowania. Jeżeli skała intrudowana posiada szeroką sieć spękań to
wówczas tworzy się skała mieszana, złożona z mniej lub bardziej przekrystalizowanego
i przetopionego materiału, dostarczonego przez intruzję. Ten proces nazywamy
migmatyzacją, a słały powstałe w jej wyniku migmatytami. Migmatyty najczęściej tworzą
warstwę o różnej grubości wokół batolitów.

Podczas intrudowania skał przez magmę do skał otaczających przedostają się gorące

roztwory, pary i gazy. Dzięki dostarczeniu do skał otaczających odpowiednich ilości sodu
i potasu zaczynają je one przeobrażać. Wówczas ze skał magmowych, osadowych
i metamorficznych powstają granitoidy, w procesie zwanym ogólnie granityzacją. Tak
powstałe batolity zazwyczaj otoczone są migmatytami i mają niewyraźne kontury.

4

ANCHIMETAMORFIZM

Anchimetamorfizmem nazywamy procesy słabego przeobrażania skał osadowych. Jest

to zjawisko pomiędzy diagenezą a właściwym metamorfizmem. Procesy anchimetamorfizmu
odbywają się płytko pod powierzchnią Ziemi i zachodzą głównie pod wpływem czynników
tektonicznych. Podlegają im najczęściej węgle, bituminy i sole.

SKAŁY METAMORFICZNE

W zależności od strefy metamorfizmu oraz rodzaju skał wyjściowych, ulegających

przeobrażeniu, wyróżnia się wiele skał metamorficznych:

STREFY

METAMORFIZMU

SKAŁY WYJŚCIOWE

granitoidy, arkozy,

szarogłazy

skały ilaste

skały węglanowe

EPI

łupki mikowe
gnejsy

fyllity
łupki serycytowe

marmury

MEZO

łupki mikowe
gnejsy

łupki mikowe

marmury

KATA

gnejsy
granulity

gnejsy

marmury

ULTRAMETAMORFIZM migmatyty

•

łupki grafitowe – tworzą się w wyniku metamorfizmu skał osadowych, bogatych
w substancję węglistą lub bitumiczną. Zabarwienie czarne

•

łupki talkowe – składają się głównie z talku, stąd też są

powoduje grafit, choć jego

ilości w skale są niewielkie.(EPI)

białe lub o zabarwieniu

zielonkawym

•

łupki chlorytowe i serycytowe(chlorytowo–serycytowe) – tak jak łupki talkowe
i grafitowe powstają w strefie EPI. Składają się głównie z chlorytu i serycytu.

. Zajmują pierwszy stopień w skali twardości minerałów Mohsa.(EPI)

•

łupki mikowe(łyszczykowe) – powstają w strefie MEZO i składają się głównie z miki, a
także z kwarcu, plagioklazu, chlorytu i granatu. W zależności od rodzaju występujących
mik mogą powstać łupki muskowitowe i biotytowe.

•

kwarcyty – tworzą się w wyniku przeobrażania piaskowców kwarcytowych i składają się
głównie z kwarcu, a także muskowitu i skalenia.(MEZO)

•

marmury – powstają w wyniku metamorfizmu skał węglanowych(wapieni, margli,
dolomitów) we wszystkich strefach metamorficznych.

•

zieleńce – tworzą się w strefie EPI w wyniku słabego metamorfizmu bazaltów i utworów
piroklastycznych. Zielonkawą

•

serpentynity – powstają w strefie MEZO w wyniku przeobrażenia skał ultrazasadowych
(perydotytów). Składają się prawie wyłącznie z serpentynu.

barwę nadaje im chloryt.

•

amfibolity – powstają a strefie MEZO, wskutek metamorfizmu zarówno skał magmowych
jak i osadowych. Zbudowane są głównie z amfiboli i w mniejszych ilościach z kwarcu,
biotytu, epidotu, piroksenu i granatu.

5

•

gnejsy – powstają we wszystkich strefach metamorfizmu i z różnych skał wyjściowych.
Skład mineralny to kwarc, skaleń, mika, rzadziej amfibol. Wśród gnejsów wyróżnia się
gnejsy laminowane, oczkowe, granitognejsy.

•

granulity – powstają w strefie KATA, a zbudowane są ze skaleni, kwarcu, granatów
i dystenu.

•

eklogity – powstają w strefie KATA, a zbudowane są z piroksenu(omfacytu) i granatu.

•

migmatyty – powstają w wyniku ultrametamorfizmu. Zbudowane są z naprzemianległych
lamin, głównie skaleniowo-kwarcowych i biotytowych różnej grubości.

•

fyllity – powstają w wyniku przeobrażenia skał ilastych w strefie EPI. Skład mineralny
tworzą serycyt, kwarc, a także chloryt, dający zielonkawe

zabarwienie skale.

ŁUPKI KRYSTALICZNE

To skały powstałe w warunkach metamorfizmu regionalnego, głównie pod wpływem

ciśnienia kierunkowego, wywołanego ruchami górotwórczymi. Łupki krystaliczne
charakteryzuje foliacja lub lineacja, niekiedy laminacja. W zależności od rodzaju
dominującego minerału rozróżnia się np. łupki kwarcytowe, łyszczykowe, chlorytowe, talkowe,
epidotowe, amfibolowe. Do grupy tej często zalicza się skały o mniejszej foliacji, np. gnejsy i
amfibolity

ZŁOŻA POWSTAŁE W WYNIKU PROCESÓW METAMORFICZNYCH
Wyróżniamy dwa rodzaje złóż mineralnych, powstałych przy udziale metamorfizmu:


metamorficzne – tutaj minerały użyteczne przynajmniej w pewnym stopniu powstały
w trakcie procesów metamorfizmu. Najważniejszymi złożami tej grupy są złoża grafitu,
korundu, granatów, azbestu lub marmurów.



zmetamorfizowane – to takie, które istniały przed rozpoczęciem metamorfizmu, a w jego
wyniku nabrały nowych cech. Najważniejszymi złożami w tej grupie są złoża skał
żelazistych, hematytowo-kwarcowych – stanowią one główne źródło Fe.
Tego typu złoża występują w rejonie Jeziora Górnego, w Brazylii, Indiach, Mandżurii,
Krzywym Rogu.
Czasem tym złożom towarzyszą rudy Mn.

Wskutek procesów metamorficznych mogą powstać niekiedy gorące roztwory, dające
nagromadzenia użytecznych minerałów, podobnie jak złoża hydrotermalne.