Metamorfik Süreçler
Metamorfizma, mineral kristalleri erimeden katı kayanın bileşimi ve/veya dokusu değiştiğinde meydana gelir; magmatik kaya bu şekilde oluşur. Metamorfik kaynak kayaçlar, metamorfizmayı deneyimleyen kayaçlar, ilk anlamına gelen proto ve kaya anlamına gelen litostan ana kayaç veya protolit olarak adlandırılır. Metamorfik süreçlerin çoğu yeraltının derinliklerinde, yer kabuğunun içinde gerçekleşir. Metamorfizma sırasında protolit kimyası, artan sıcaklık (ısı), sınırlayıcı basınç adı verilen bir tür basınç ve/veya kimyasal olarak reaktif sıvılar tarafından hafifçe değiştirilir. Kaya dokusu ısı, sınırlayıcı basınç ve yönlendirilmiş stres adı verilen bir basınç türü ile değişir.
Sıcaklık (Isı)
Sıcaklık bir maddenin enerjisini ölçer; sıcaklıktaki bir artış enerjideki bir artışı temsil eder. Sıcaklık değişimleri minerallerdeki kimyasal dengeyi veya katyon dengesini etkiler. Yüksek sıcaklıklarda atomlar o kadar güçlü titreşebilirler ki, kristal kafes içinde bir konumdan diğerine atlarlar ve bu da bozulmadan kalır. Başka bir deyişle, bu atom değişimi kaya hala katı haldeyken gerçekleşebilir.
Metamorfik kayanın sıcaklığı, yüzeysel süreçler (tortul kayada olduğu gibi) ile kaya döngüsündeki magma arasında yer alır. Isıya bağlı metamorfizma 200˚C kadar soğuk sıcaklıklarda başlar ve 700°C-1.100°C kadar yüksek sıcaklıklarda gerçekleşmeye devam edebilir. Daha yüksek sıcaklıklar magma yaratacak ve dolayısıyla artık metamorfik bir süreç olmayacaktır. Sıcaklık, jeotermal bir gradyan boyunca Dünya'da artan derinlikle birlikte artar ve metamorfik kayaç bu derinlikle ilgili sıcaklık değişikliklerini kaydeder.
Basınç
Basınç, bir malzeme üzerinde birim alana uygulanan kuvvettir. Isı gibi basınç da bir kayadaki minerallerin kimyasal dengesini etkileyebilir. Metamorfik kayaçları etkileyen basınç, sınırlayıcı basınç ve yönlendirilmiş stres olarak gruplandırılabilir. Stres, bir kuvveti belirten bilimsel bir terimdir. Gerilme, mineraller içindeki metamorfik değişiklikler de dahil olmak üzere bu stresin sonucudur.
Sınırlayıcı Basınç
Yüzey altındaki kayalara uygulanan basınç, kayaların birbirinin üstünde bulunması basit gerçeğinden kaynaklanır. Basınç yukarıdaki kayalardan uygulandığında, aşağıdan ve yanlardan dengelenir ve sınırlayıcı veya litostatik basınç olarak adlandırılır. Sınırlayıcı basınç her tarafta eşit basınca sahiptir ve tıpkı ısı gibi kimyasal reaksiyonların meydana gelmesinden sorumludur. Bu kimyasal reaksiyonlar yeni minerallerin oluşmasına neden olacaktır.
Sıkıştırma basıncı bar cinsinden ölçülür ve deniz seviyesinde 1 bar ile yerkabuğunun tabanında yaklaşık 10.000 bar arasında değişir. Metamorfik kayalar için basınçlar, yüzeyin yaklaşık 15-35 kilometre altında meydana gelen 3.000 barlık nispeten düşük basınçtan 50.000 bar civarına kadar değişmektedir.
Yönlendirilmiş Stres
Diferansiyel veya tektonik stres olarak da adlandırılan yönlendirilmiş stres, bir kaya üzerinde bir veya daha fazla yönde eşit olmayan bir kuvvet dengesidir (önceki şekle bakın). Yönlendirilmiş gerilimler litosferik plakaların hareketiyle oluşur. Stres, kayaya etki eden bir tür kuvveti gösterir. Gerilme, stresin neden olduğu sonuç süreçlerini tanımlar ve minerallerdeki metamorfik değişiklikleri içerir. Sınırlayıcı basıncın aksine, yönlendirilmiş stres çok daha düşük basınçlarda meydana gelir ve mineral bileşimini ve atomik yapıyı değiştiren kimyasal reaksiyonlar oluşturmaz. Bunun yerine, yönlendirilmiş stres ana kayayı mekanik düzeyde değiştirerek mineral kristallerinin düzenini, boyutunu ve/veya şeklini değiştirir. Bu kristal değişimleri, magmatik granitin faneritik dokusu ile metamorfik gnaysın yapraklı dokusunun karşılaştırıldığı aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, tanımlayıcı dokular oluşturur.
Yönlendirilmiş gerilmeler birçok şekilde kaya dokuları üretir. Kristaller döndürülerek uzaydaki yönleri değiştirilir. Kristaller kırılarak tane boyutlarını küçültebilir. Tersine, atomlar göç ettikçe daha da büyüyebilirler. Kristal şekilleri de deforme olur. Bu mekanik değişiklikler, minerallerin yüksek gerilime maruz kalan bir kayaç alanından çözünmesi ve daha düşük gerilime sahip bir yerde çökelmesi veya yeniden büyümesi anlamına gelen yeniden kristalleşme yoluyla meydana gelir. Örneğin, yeniden kristalleşme, bitişik sabun kabarcıklarının birleşerek daha büyük kabarcıklar oluşturması gibi tane boyutunu artırır. Rekristalizasyon, mineral kristallerini kırık oluşturmadan, kayanın yapısını bozmadan yeniden düzenler; bu değişiklikler, derin yeraltı kaya faylarının oluşumu ve hareketini anlama konusunda önemli ipuçları sağlar.
Sıvılar
Üçüncü bir metamorfik etken ise kristalleşen magma tarafından dışarı atılan ve metamorfik reaksiyonlar sonucu oluşan kimyasal olarak reaktif sıvılardır. Bu reaktif sıvılar çoğunlukla su (H2O) ve karbondioksitten (CO2) ve daha az miktarda potasyum (K), sodyum (Na), demir (Fe), magnezyum (Mg), kalsiyum (Ca) ve alüminyumdan (Al) oluşur. Bu akışkanlar protolitteki minerallerle reaksiyona girerek, ısı ve basınç tarafından yönlendirilen reaksiyonlara benzer bir süreçte kimyasal dengesini ve mineral bileşimini değiştirir. Protolitte bulunan elementleri kullanmanın yanı sıra, kimyasal reaksiyon yeni mineraller oluşturmak için sıvıların katkıda bulunduğu maddeleri de içerebilir. Genel olarak, sıvıların önemli bir rol oynadığı bu metamorfizma tarzına hidrotermal metamorfizma veya hidrotermal alterasyon denir. Su, kimyasal reaksiyonlara aktif olarak katılır ve hidrotermal alterasyonda bileşenlerin ekstra hareketliliğine izin verir.
Akışkanlarla aktive olan metamorfizma, magmatik intrüzyonların veya magma kütlelerinin yanında yer alan ekonomik açıdan önemli maden yataklarının oluşumunda sıklıkla rol oynar. Örneğin, Kuzey Utah'ın Cottonwood Kanyonları ve Mineral Havzasındaki maden bölgelerinde argentit (gümüş sülfit), galen (kurşun sülfit) ve kalkopirit (bakır demir sülfit) gibi değerli cevherlerin yanı sıra doğal element altın da üretilmektedir. Bu maden yatakları, Little Cottonwood Stock adı verilen granitik bir intrüzyon ile çoğunlukla kireçtaşı ve dolostondan oluşan kırsal kaya arasındaki etkileşimden oluşmuştur. Kristalleşen granit tarafından dışarı atılan sıcak, sirkülasyon halindeki sıvılar, çevredeki kireçtaşı ve doloston ile reaksiyona girerek çözünmüş ve kimyasal reaksiyonun yarattığı yeni mineralleri çökeltmiştir. Olivin ve bazalt gibi mafik manto kayasının hidrotermal değişimi, serpantin mineral alt grubunun bir üyesi olan metamorfik kaya serpantiniti oluşturur. Bu metamorfik süreç, yeni oluşan okyanus kabuğunun deniz suyu ile etkileşime girdiği okyanus ortası yayılma merkezlerinde gerçekleşir.
Bazı hidrotermal değişimler, elementleri ana kayadan biriktirmek yerine uzaklaştırır. Bu, deniz suyunun taze, hala sıcak olan bazalttaki çatlaklardan aşağıya doğru dolaşarak mineral iyonlarıyla reaksiyona girmesi ve onlardan uzaklaşmasıyla gerçekleşir. Çözünmüş mineraller genellikle bakır gibi silikat kristal yapısına tam olarak oturmayan iyonlardır. Mineral yüklü su, deniz tabanından kara dumanlılar olarak adlandırılan hidrotermal bacalar yoluyla çıkar ve adını sıcak baca suyu soğuk deniz suyuyla karşılaştığında oluşan koyu renkli çökeltilerden alır. Antik siyah tütsüler, M.Ö. 4.000 gibi erken bir tarihte Kıbrıs'ta yaşayanlar (Kıbrıslılar) ve daha sonra Romalılar için önemli bir bakır cevheri kaynağıydı.
Önceki Ders: Metamorfik Kayaçlar
Sonraki Ders: Metamorfik Dokular
Yorumlar
Yorum Gönder