Metamorfisme

Esquisto en fenocristales d'estaurolita, procedent de Serra de Famatina, La Rioja (Argentina).

Es denomina metamorfisme —del grec μετά (meta, 'canvi') i μορφή (morph, 'forma')— a la transformació, en estat sòlit, de l'estructura o la composició mineral o química d'una roca quan queda somesa a condicions de temperatura o pressió distintes de les que la varen originar o quan rep una injecció de decorreguts químicament actius. En canviar les condicions físiques, el material rocós pansa a trobar-se alluntat de l'equilibri termodinàmic i tendirà, en quant obtinga energia per a realisar la transició, a evolucionar cap a un estat distint, en equilibri en les noves condicions. Es diuen metamòrfiques a les roques que resulten d'eixa transformació. Entre els factors que afecten el metamorfisme estan: L'estructura (fàbrica o textura) i composició de la roca original. La pressió i la temperatura en la que evoluciona el sistema. La presència de decorreguts. El temps.

S'exclouen del concepte de metamorfisme els canvis diagenéticos que els ocorren als sediment i a les roques sedimentarias a menors temperatures i pressions, encara que és molt difícil establir el llímit entre la diagénesis i el metamorfisme. En l'extrem contrari, si s'aplega a produir la fusió formant-se un magma, la roca que resulte no serà metamòrfica, sino magmática. A voltes les condicions donen lloc a una fusió solament parcial i el resultat és una roca mixta, una migmatita, en parts derivades de la cristalisació del fos i parts estrictament metamòrfiques.

Es distinguix entre un metamorfisme progressiu, que ocorre quan la roca queda somesa a pressions i temperatures més altes que les d'orige, i un metamorfisme regresivo (o retrògrat), quan la roca passa a condicions de menor energia que quan es varen originar.

Agents del metamorfisme

Archiu:Metamorphism caps block 5 diagram caps block 6 .svg

Diagrama de pressió-temperatura del metamorfisme

Els agents que intervenen en el metamorfisme són el calor, la pressió, la presència de decorreguts, la composició mineralógica de la roca que es va a vore afectada i el temps: La calor pot procedir del contacte en un magma en migració, de la fricció entre plaques tectónicas o del pes associat a un enterrament profunt, el qual produïx compactación per recristalización que dissipa energia en forma de calor. Encara que principalment prové del gradient geotèrmic. La pressió pot ser vertical i derivar de l'enterrament, o tindre una atra direcció i deure's a la convergència de plaques o a l'acció de falles. Els decorreguts circulants deriven de la diferenciació de magma ascendents, de processos de deshidratació que ocorren durant les reaccions metamòrfiques, o són dissolució acuosas alimentades des de la superfície, pero calfades en regions profundes. Encara que la composició es basa en l'aigua, substàncies dissoltes en ella eixerciten un paper fonamental en la transformació química de les roques.

La composició inicial de la roca és important. Una arenisca en gran cantitat de cuarzo subjecta a condicions altes de pressió i temperatura es convertirà en una quarsita; pero si la roca inicial és una calcàrea, es convertirà en un marbre. També la composició mineralógica delimita els llímits del metamorfisme, particularment en la anatexia, en el sentit de que les distintes fases minerals posseïxen distints punts de fusió. El temps és un factor important, ya que hi ha processos metamòrfics que requerixen per eixemple de reaccions en deuteri per lo que la velocitat d'estes reaccions és molt menuda.

Tipos de metamorfisme

Existixen varis tipos de metamorfisme per la diversitat de causes que ho produïxen. Una classificació genètica (per l'orige) del metamorfisme distinguix entre metamorfisme de contacte (per la calor que transmet a una roca un cos intrusivo); metamorfisme dinàmic o cataclástico, per pressions direccionals per l'acció de fallas, i metamorfisme regional, la forma més important, a on es produïx una transformació extensa i profunda per l'acció simultànea de temperatures i pressions altes, com ocorre en vores de placa convergents. Hi ha ademés un metamorfisme hidrotermal, per la penetració de decorreguts calents i químicament actius, i un metamorfisme de choc, un fenomen localisat que es produïx per l'impacte de meteorits i cometas contra la superfície rocosa del planeta. Existixen atres tipos de metamorfisme menys freqüents, com el metamorfisme de rajos o el metamorfisme d'incendi.

Metamorfisme de contacte

Diagrama en el que es mostra un plutón (1) en la roca encajante que no ha sofrit metamorfisme (3) i la aureola de contacte (2).

Artícul principal → Metamorfisme de contacte.

També conegut com a metamorfisme tèrmic, ocorre quan la transformació de les roques es deu principalment a les altes temperatures a les que es veuen someses. Açò es dona quan un magma intruye un cos rocós, i les altes temperatures metamorfizan les roques encajantes, formant una aureola de contacte. Esta aureola es dispon al voltant del cos intrusivo, sent el metamorfisme de major grau quant més prop nos trobem del plutón. Les roques que formen l'aureola es denominen corneanas, i es caracterisen per ser de gra fi en textura idioblástica o hipidioblástica (és dir, en cristalés ben formats o parcialment formats).

El tamany de l'aureola depén d'uns factors que controlen la transferència de calor des del plutón fins a la roca encajante. Estos factors són els següents: Temperatura i tamany de l'intrusió. La conductivitat tèrmica de la roca encajante, que va a controlar la taxa a la que la calor es va transferir per conducció. La temperatura inicial de la roca encajante. El calor latent de cristalisació del magma. La calor de les reaccions metamòrfiques. La cantitat d'aigua i la permeabilidad de la roca encajante, ya que la presència d'aigua pot provocar que la calor es transmeta per convecció.

Metamorfisme regional

El gneis és la roca més comuna generada per metamorfisme regional.

Artícul principal → Metamorfisme regional.

Es produïx per l'efecte simultàneu d'un aument de la pressió i de la temperatura durant llarcs periodos de temps en grans àrees de la corfa terrestre en gran activitat tectónica, com els llímits de les plaques litosféricas. També influïxen la presència de decorreguts en les roques que es van a metamorfizar, i les tensions originades pel moviment de les plaques tectónicas. Les condicions en les que es produïx el metamorfisme regional comprenen un ranc de pressions d'entre 2 kbar i 10 kbar i un ranc de temperatures d'entre 200 °C i 750 °C.

Normalment el creiximent dels cristals durant el metamorfisme regional està acompanyat d'una deformació originada per causes tectónicas. Açò provoca que moltes roques someses a este tipo de metamorfisme presenten foliación, és dir, que els seus minerals constituents s'orienten segons la direcció de les pressions dirigides que sofrixen. Segons el grau de foliación, es distinguixen tres tipos de roques:

• Pissarres: Es formen quan el metamorfisme és de grau baix.
• Esquistos: Es formen quan el metamorfisme és de grau mig.
• Gneisés: Es formen quan el metamorfisme és de grau alt.

Solament les roques que contenen micas desenrollen foliación, per lo que les quarsitas, els marbreés i les anfibolitas carixen d'ella.

Dins del metamorfisme regional es distinguixen tres zones que es diferencien entre sí per les condicions de pressió i temperatura: Regió de baixa temperatura i alta pressió: Estàs regions es localisen en les zones de subducción. Regió d'alta temperatura i alta pressió: En els núcleus dels orógenos, a on la profunditat d'enterrament és molt gran, i abunden les intrusions d'andesita. Regió de baixa temperatura i baixa pressió: En zones més superficials dels orógenos.

Metamorfisme dinàmic

Archiu:Garnet porphyroblast. caps block 10

Milonita en porfiroblastos de granate (rojos) i plagioclasa (blancs).

El factor dominant en el metamorfisme dinàmic (o dinamometamorfismo) és la pressió direccional que genera l'acció de les fallas. Les roques que es generen en este procés es diuen breches de falla o cataclastitas, i es caracterisen per la presència de vores englobades per una matriu, generats per trituración (cataclasis). Si la cataclasis és molt intensa, la deformació és dúctil en lloc de fràgil, formant-se una milonita, que es caracterisa per ser una roca dura els grans de la qual preexistentes varen ser deformats i recristalizados. La forma en que es va a vore afectada la roca va a dependre dels següents factors:

• Granulometría, tipo de roca i composició.
• Densitat, porosidad i permeabilidad.

Si la roca presenta bandeados, esquistosidad... Taxa de deformació imposta. Composició i pressió dels decorreguts presents. Orientació de la ret cristalina.

Metamorfisme d'enterrament

Esquema d'una conca sedimentaria en una gran gruixa de sediments. En les zones més profundes es produïx un metamorfisme d'enterrament.

Es produïx per l'aument de temperatura i pressió que sofrixen els sediments a 10.000-12.000 metros de profunditat en la corfa terrestre. La temperatura i la pressió aumenten segons els següents gradients: Pressió → 3,5 kbar per cada 10 km de profunditat. Temperatura → 20-30 °C per cada quilómetro de profunditat.

Açò implica que en les conques en les que la gruixa de sediment és elevat es poden superar els 300 °C en profunditat. Les roques que sofrixen este metamorfisme solen carir de foliación, la transformació mineralógica és incompleta i preserven gran part de les seues traces originals.

Metamorfisme hidrotermal i metasomatismo

Artícul principal → Alteració hidrotermal.

Es produïx quan hi ha una interacció entre les roques i aigua calenta químicament activa. És un metamorfisme associat a la presència de decorreguts calents que contenen gran cantitat de ions dissolts. Si per l'interacció de la roca en els decorreguts hi ha substracció o adició de composts químics, es denomina metasomatismo. Encara que es produïxquen canvis en la composició química de les roques, es manté constant el volum molar, tractant-se d'un procés isocórico. Un eixemple de reacció química que es produïx en els processos de metasomatismo és la transformació del olivino en serpentina si hi ha presència d'aigua:

$5M{g}_{2}Si{O}_4(olivino)+H_{2}O\to 2M{g}_{3}S{i}_2{O}_5(OH{)}_4(serpentina)+(4MgO+Si{O}_2)$

Metamorfisme de choc o d'impacte

Ret cristalina de la coesita, un mineral derivat del cuarzo, que es forma quan les condicions de pressió són molt altes, com en els impactes meteoríticos. Els àtoms rojos són oxigen, i els grisos silici.

També cridat metamorfisme d'impacte, ocorre per l'efecte d'ones de choc produïdes per impactes meteoríticos, explosions nuclears o ensajos de laboratori. En este tipo de metamorfisme s'alcancen pressions de fins a 1000 kbar. S'han reconegut cinc fases corresponents a distintes intensitat: 0, Ia, Ib, II i III. En les fases 0, Ia i Ib, el cuarzo presenta traces planars (PFs), PDFs, i mosaicismo, més abundants en fases més altes. En les fases II i III s'escomencen a formar polimorfos d'alta pressió de la sílice (coesita i stishovita). Atres minerals característics d'estes fases de metamorfisme de choc són la ringwoodita, la jadeíta, la majorita i la lonsdaleíta.

A escala macroscòpica, un de les traces més característiques és la presència de breches. Estes breches d'impacte procedixen del material expulsat pel meteorit en caure (eyecta), o del fondo del cràter. També és freqüent la presència de cons astillados, que són fractures còniques que es formen en pressions d'entre 20 i 200 kbar, i els àpiços de les quals solen apuntar cap a la font de les ones de choc.