Metamorfismul

Metamorfismul

Prin metamorfism se intelege totalitatea schimbarilor pe care le sufera rocile sub actiunilor proceselor endogene ale scoartei terestre, schimbari care mentin starea solida a rocii, fara    o topire sau dizolvare vizibila a acesteia. Sunt supuse metamorfismului toate cele trei mari categorii de roci - eruptive, sedimentare si metamorfice.

Termenul de metamorfism a fost introdus de savantul englez C. Lyell in 1833, pentru denumirea proceselor de transformare a sedimentelor in sisturi cristaline sub actiunea caldurii interne a Pamantului.

Cauzele metamorfismului rezida din actiunea pe care o exercita caldura (temperatura), presiunea litostatica, presiunea orientata si unii agenti chimici. Sub actiunea acestor factori, rocile sufera importante transformari mineralogice de structura si textura. Mineralele nu mai sunt stabile decat in anumite conditii de temperatura, astfel ca apar modificari in recristalizarea partiala si totala a rocilor, cu formarea de minerale noi si cu schimbarea texturii si structurii rocilor preexistente.

Caldura. Cresterea temperaturii in scoarta Pamantului este cauzata de:

- ridicarea maselor magmatice care au temperaturi de 1200-1300⁰C;

- scufundarea la adancime a depozitelor sedimentare in urma depunerii unor noi depozite deasupra lor;

- cresterea fluxului de caldura la marginile distructive ale placilor litosferice.

Metamorfismul are loc la temperaturi cuprinse intre 200⁰C si 700⁰C, numai pentru unele roci metamorfice de contact putand atinge valori de 1000⁰C. Cresterea temperaturii mareste viteza reactiilor chimice, astfel incat la o crestere cu 10⁰C a temperaturii viteza reactiilor chimice se mareste de 1000 de ori. Cresterea temperaturii are o influenta mult mai mare asupra compozitiei minerale decat variatiile de presiune, astfel incat o argila se metamorfozeaza mult mai profund prin cresterea temperaturii cu cateva sute de grade decat prin cresterea presiunii cu cateva mii de atmosfere.

Presiunea litostatica, numita uniforma sau archimediana, se manifesta prin apasarea pe care o exercita o coloana de strate asupra partilor din ce in ce mai profunde ale litosferei. Ea este uniforma si continua, avand valori constante pentru aceleasi categorii de roci care au aceeasi grosime. Intr-o coloana de roci aflate in echilibru gravitational, presiunea litostatica (Pl) la o anumita adancime (h), se calculeaza cu relatia:   

Pl = ρ·g·h,

unde: ρ - densitatea medie a coloanei de roci pana la adancimea h, iar g este acceleratia gravitationala. Cunoscand ca densitatea medie a rocilor in scoarta terestra este de aproximativ 2,7 g/cm³, se obtine relatia:

Pl (bari) = 2,7·10² h,

unde adancimea este data in km.

Presiunea orientata (stresul) este determinata de impingerea diferitelor blocuri ale scoartei pamantului in timpul miscarilor tectonice. Ea actioneaza pe anumite directii. Stresul determina deformari rupturale (diaclaze, falii, decrosari) sau plastice (cute), fiind considerat drept o presiune interna provocata in roci de actiunea unor forte tectonice externe. Stresul se manifesta cu intensitate mare in regiunile muntoase tinere si foarte slab in regiunile cu formatiuni mult mai vechi, cum sunt cele de platforma.

Agentii mineralizatori constau din vapori de apa si diferite gaze (HF, H₂S, CO₂, HCl, F₂, B, Cl₂) care, degajandu-se din rezervoarele magmatice, patrund in porii si fisurile rocilor, contribuind impreuna cu ceilalti factori la metamorfozarea acestora.

Factorii metamorfici amintiti mai sus actioneaza concomitent asupra rocilor, fiind dominant unul sau altul in raport de locul unde se produce metamorfismul.

Intre presiune si temperatura trebuie sa existe intotdeauna o astfel de relatie incat sa nu se produca o topire completa a rocilor supuse metamorfismului, ci numai o inmuiere a lor. Datorita presiunii exercitate asupra lor, mineralele inmuiate sufera transformari care se fac cu translatii de particule materiale, avand loc o rearanjare in structuri noi, care duce la schimbarea compozitiei mineralogice si uneori a compozitiei chimice, a structurii si texturii rocilor preexistente.

Rocile metamorfice sunt foarte diverse, pe de o parte datorita variabilitatii mari a materialului supus metamorfismului, iar pe de alta parte datorita actiunii agentilor metamorfici ce se pot combina in diferite moduri.

Clasificarea tipurilor de metamorfism. In raport cu procesul geologic care il determina, metamorfismul se imparte in trei grupe:

metamorfism de contact, legat de activitatea unui bazin magnetic;

metamorfism dinamic (de dislocatie), legat de o faza orogenica;

metamorfism regional, legat atat de activitatea orogenica cat si de cea a bazinelor magmatice.

a) Metamorfismul de contact consta in transformarea rocilor sub influenta unui rezervor magmatic intrus in scoarta, deosebindu-se metamorfismul de contact termic (piromagmatic) si metamorfismul de contact alochimic (metasomatic).

a₁) Metamorfismul de contact termic (piromagmatic) are loc in jurul rezervorului magmatic, zona numita aureola de contact. Grosimea acesteia variaza de la cativa metri la cateva sute sau chiar mii de metri. Magmele acide, bogate in gaze, dau aureole de contact mult mai mari decat magmele bazice, mai sarace in gaze. In aureola de contact, sub influenta caldurii mari degajate de topitura magmatica, rocile nu-si schimba compozitia mineralogica si chimica ci au loc regrupari de elemente chimice si schimbari in structura fizica a rocilor.

In zona periferica a aureolelor de contact, ca minerale noi se formeaza cloritul si muscovitul, in zona intermediara biotit si andaluzit, iar in zona interna, la contactul cu magma, se formeaza biotit, andaluzit, cordierit si silimanit.

Rocile formate la contactul cu magma incandescenta poarta denumirea de corneene de contact termic.

a₂) Metamorfismul de contact alochimic (metasomatic) se deosebeste de cel izochimic (piromagnetic) prin faptul ca, concomitent cu temperatura ridicata, magma aduce si substante chimice deosebite de rocile in care este gazduita. Dupa felul substantelor chimice, metamorfismul metasomatic poate fi pneumatolitic si hidrotermal.

Metamorfismul pneumatolitic se caracterizeaza prin actiunea gazelor magmatice bogate in vapori de apa, clor, bor si combinatiile elementelor alcaline, care aflandu-se sub presiuni mari, sunt capabile sa transforme rocile cu care vin in contact.

Metamorfismul hidrotermal se datoreaza actiunilor solutiilor magmatice lichide, rezultate prin condensarea produsilor volatili, care produc modificari importante in masa rocilor cu care vin in contact, cum sunt: carbonatarea, caolinizarea, piritizarea, silicifierea, limonitizarea, feldspatizarea etc. Din aceste solutii, diferite minerale se depun in porii, fisurile si crapaturile rocilor, dand nastere filoanelor hidrotermale de minereuri.

Prin metamorfismul de contact, au loc urmatoarele transformari:

- argilele in corneene cu andaluzit, silimanit, corderit;

- marnele in corneene cu diopsid, grosular;

- calcarele in marmure.

La contactul cu rocile calcaroase, surplusul de siliciu din magma intra in reactie cu calciul formand silicati de calciu, cum sunt: grosularul, vezuvianul etc. Aceste procese silico-calcice duc la formarea rocilor numite skarne, care sunt asociate de obicei cu diferite metale - plumb, zinc, cupru, fier etc.

b) Metamorfismul dinamic (cataclistic sau de dislocare) are caracter local, fiind intalnit in vecinatatea faliilor si sariajelor, de-a lungul liniilor de ruptura, producandu-se in conditii de stres accentuat, temperatura scazuta si presiune litostatica mica. Procesele pe care le sufera sunt de zdrobire mecanica si de macinare (cataclaza), depinzand de gradul de rigiditate, respectiv de plasticitate a rocilor.

Rocile rigide, cum sunt calcarele, gresiile si granitul, se sfarama mai usor, dand nastere la brecii de zdrobire.

Rocile plastice, cum sunt argilele, sufera transformari plastice, dand nastere la sisturi argiloase si ardezii cu o sistuozitate vizibila. Rocile moi, de tipul argilelor, sub influenta temperaturii rezultata din frecare, se topesc, iar apoi se solidifica, rezultand rocile numite milonite.

Metamorfismul dinamic, ca si cel de contact, este limitat si are un caracter local.

c) Metamorfismul regional este tipul de metamorfism cel mai raspandit, fiind dezvoltat pe suprafete intinse, legate genetic de mari centuri orogenice, de geosinclinale, de zonele de inradacinare a muntilor si de scuturile rigide precambriene, si este conditionat de cresterea temperaturii si presiunii.

Temperatura creste datorita scufundarii rocilor si actiunii magmatismului regional, iar presiunea datorita greutatii pachetelor de roci aflate deasupra locului de metamorfism si miscarilor care se produc in scoarta Pamantului. Prin scufundare in geosinclinale sau prin cutare, rocile magmatice sau sedimentare ajung in zona cu temperaturi si presiuni mai ridicate, unde cristalizeaza, transformandu-se in roci metamorfice, numite sisturi cristaline sau roci cristalofiliene.

Sub actiunea temperaturii are loc o inmuiere a rocilor, iar sub actiunea presiunii ridicate particulele materiale din roci sufera miscari de translatie perpendiculare pe directia de actiune a fortei. Procesele de recristalizare se petrec, deci, in stare solida, prin difuziune cristalina, iar fluidele care circula in scoarta (H₂O, CO₂) joaca rol de catalizatori. Pe seama vechilor minerale iau nastere minerale noi, a caror dezvoltare are loc in acelasi timp, astfel ca toate mineralele sunt prinse unele in altele si nu se observa o ordine de cristalizare ca la rocile magmatice. Fenomenul acesta se numeste cristaloblastoza, iar structurile noi care apar se numesc cristaloblastice.

Transformarile suferite de rocile preexistente, in cazul metamorfismului regional, sunt determinate de intensitatea factorilor metamorfici. Intensitatea metamorfismului creste in raport direct proportional cu adancimea, astfel ca Grubenmann si Bucke au stabilit, inca din 1904, trei zone de metamorfism: epizona, mezozona si catazona.

Epizona (zona superioara), care ajunge pana la adancimea de 6 km, se caracterizeaza prin temperatura relativ scazuta (200⁰C), presiune litostatica scazuta, presiune orientata puternica si umiditate relativ mare. Sub actiunea stresului, au loc deformari mecanice, evidentiate prin forma turtita si solzoasa a mineralelor. Alaturi de stres, un rol foarte important il are umiditatea, sub influenta careia rezulta minerale hidratate cum sunt sericitul, cloritul, talcul, serpentinul, epidotul etc.

Ca roci caracteristice se formeaza filitele, reprezentate prin sisturi cloritoase, sericitoase, talcoase, serpentinoase, grafitoase, cuartitice. Ele se caracterizeaza prin sistuozitate pronuntata si contin minerale cu forma lamelara turtita sau solzoasa, adesea sfaramate care se aseaza in planuri paralele cu sistuozitatea.

Mezozona (zona mijlocie), cuprinsa intre 6 si 12 km, se caracterizeaza prin temperaturi de 200-400⁰C, presiune litostatica mai puternica, presiune orientata mai mica si umiditate aproape inexistenta. Mineralele se formeaza cu micsorare de volum, predominand cele nehidratate, cu cristalizari mai accentuate, cum sunt mica alba, mica neagra, cuartul, feldspatii, amfibolii, piroxenii, granatii, distenul, silimanitul, calcitul, magnetitul etc.

Rocile caracteristice din mezozona sunt: micasisturile, amfibolitele, cuartitele, marmurele, incepand sa se formeze chiar ortognaise si paragnaise.

Catazona (zona de profunzime), cuprinsa intre 12 si 30 km, se caracterizeaza prin temperaturi foarte ridicate (400-700⁰C), presiune litostatica foarte mare, stresul si umiditatea aproape inexistente.

Predominand reactiile endotermice, se formeaza minerale nehidratate, cum sunt: feldspatii ortoclazi si plagioclazi, micele, piroxenii, amfibolii, andaluzitul, cordieritul, ilmenitul, cuartul, calcitul etc.

In aceste conditii de temperatura si presiune, structura primara se sterge cu totul. Principalele roci care se formeaza aici sunt orto- si paragnaisele, micasisturile, cuartitele, calcarele cristaline si uneori eclogitele provenite din metamorfozarea diabazelor. Aceste roci au o structura cristaloblastica si textura masiva.

Cand rocile trec de la un metamorfism mai putin pronuntat la unul mai pronuntat, metamorfismul se numeste progresiv, daca insa rocile pronuntat metamorfozate (din catazona sau mezozona) ajung intr-un mediu cu presiune si temperatura joasa (epizona), metamorfismul este regresiv.