JEM 301 PETROGRAFİ

METAMORFİZMA VE METAMORFİK KAYALAR Metamorfizma; kayaların, diyajenez ve alterasyon dışında, oluşum koşullarından farklı koşullarda (sıcaklık, basınç, tektonizma…) maruz kaldıklarında uğradıkları yapısal ve dokusal değişimlere metamorfizma denir. Metamorfizmada, kayacın toplam kimyasal bileşimi değişmez, fakat rekristalizasyon, nemineralizasyon gibi süreçlerle, mineral türleri ve kristallografik sistemleri değişebilir; toplam kimyasal bileşimde bulunmak kaydı ile yeni mineraller meydana gelebilir. Dolaysıyla metamorfizma da kayaca dışarıdan malzeme gelmeksizin kayata var olan malzeme değişime uğrar. Metamorfizma Diyajenez (250-3000C) Anateksi (700-8000C)

METAMORFİZMA FAKTÖRLERİ Sıcaklık Basınç Kimyasal Bileşim Zaman Kaya, oluştuğu oluşum koşullarından farklı ortam koşullarına taşındığında (diyajenez sonrası) belli bir jeolojik zaman diliminde metamorfizma gerçekleşir. Metamorfizma ile köken (birincil) kayacın kimyasal bileşimine bağlı olarak yeni metamorfik kayalar türer. Metamorfik süreçlerin (rekristalizasyon, neomineralizasyon gibi) gerçekleşebilmesi için, zaman faktörü de son derece önemlidir. Metamorfizmada etkili sıcaklık 250-3000C ile 700- 8000C aralığı içinde gelişir. Yerkabuğunda sıcaklığın yükselmesi; Magma sokulumu sonucu, olabildiği gibi (kontakt metamorfizma), kayaların yer kabuğunda herhangi bir nedenle derinlere gömülmeleri veya yerkabuğu derinliklerinden yukarı doğru olan sıcaklık akımı oranının artması sonucu bölgesel metamorfizma) da meydana geleblir. Jeotermal gradyan ile yer kabuğunda derinliklere gidildikçe sıcaklığın artması dolaysıyla kayaların sıcaklık etkisinde kalmaları ve böylece bu kayalarda metamorfizma oluşabileceği ileri sürülmektedir. Mineraller arasında gelişen kimyasal reaksionlar sıcaklık artışına neden olabilir. 2) Basınç 1.) Litostatik basınç 2.) Stres 3.) Akışkan fazı

Litostatik basınç; litostatik basınç yerin derinliklerinde yüzeye yakın bulunan kayaların yoğunluk ve kalınlıklarına bağlı olarak, altta bulunan kayalara uygulanan basınçtır. Stres (yönlü basınç); metamorfik kayaların dokusal özelliklerini belirleyen en önemli faktörlerden birisidir. Stresin fiziksel etkisi, bileşenlerin tane boylarının küçülmesine yol açar ve dolaysıyla bunların birbirleri ile kimyasal reaksiyona girmelerini kolaylaştırır. Stres sürtünmeden dolayı ısı kaynağı da olabilir. Akışkan faz basıncı; su, karbondioksit ve oksijen basıncıdır. Metamorfizmaya uğrayan kayaların gözeneklerinde, ince çatlaklarında veya mineral yüzeylerinde bir miktar su bulunmaktadır.   Kimyasal Bileşim İlksel kimyasal bileşim, metamorfik kayaların mineralojik bileşiminin yanı sıra aynı zamanda, metamorfizmada oluşan minerallerin kimyasal bileşimlerini de tayin eden bir faktördür. Örneğin granat mineralleri karbonatlı kayaların metamorfizması ile oluşmuşsa Ca bakımından zengin bir durum gösterir. Zaman Metamorfik süreçlerin (rekristalizayon, neomineralizasyon… gibi) gerçekleşebilmesi için zaman faktörü de metamorfizma şiddetinin artması veya azalması son derece önemlidir.

METAMORFİZMA SÜREÇLERİ Yeniden kristalleşme( rekristalizasyon); metamorfizma sırasında, köken kayata bulunan kristallerin sıcaklık ve basıç gibi metamorfik etmenlerle çözünmeden daha ideal ve iyi gelişmiş olarak yeniden kristallenmesi olayıdır. Yeni kristal oluşumu(neomineralizasyon); metamorfizma öncesi (köken ) kayata mevcut olmayan yeni minerallerin oluşumunu kapsayan sürece denir. Bu süreç mineraller arasında katı durumda gerçekleşen kimyasal reaksiyonlar sonucu gelişir. Metasomatizma; metamorfizma sırasında kayaların kimyasal bileşimlerinde H2O, CO2 ve diğer uçucu bileşenlerin dışında herhangi bir değişiklik olmaksızın rekristalizasyon ve neomineralizasyon süreçleri gelişir. Örneğin kalsit ve dolomitin katıldığı metamorfik reaksiyonlarda CO2 açığa çıkar. Bazı metamorfik kayalarda ise, kaya 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 kaya bileşenlerinde erime başlayacaktır; anateksi olarak tanımlanan bu erime noktası, metamorfizmanın sonunu ve kısmi ergimenin başlangıcını temsil eder.

METAMORFİZMA SÜREÇLERİ Yeniden kristalleşme (Rekristalizasyon); metamorfizma sırasında, köken kayata bulunan kristallerin sıcaklık ve basıç gibi metamorfik etmenlerle çözünmeden daha ideal ve iyi gelişmiş olarak yeniden kristallenmesi olayıdır. Yeni kristal oluşumu (Neomineralizasyon); metamorfizma öncesi (köken ) kayata mevcut olmayan yeni minerallerin oluşumunu kapsayan sürece denir. Bu süreç mineraller arasında katı durumda gerçekleşen kimyasal reaksiyonlar sonucu gelişir. Metasomatizma; metamorfizma sırasında kayaların kimyasal bileşimlerinde H2O, CO2 ve diğer uçucu bileşenlerin dışında herhangi bir değişiklik olmaksızın rekristalizasyon ve neomineralizasyon süreçleri gelişir. Örneğin kalsit ve dolomitin katıldığı metamorfik reaksiyonlarda CO2 açığa çıkar. Bazı metamorfik kayalarda ise, kaya 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 kaya bileşenlerinde erime başlayacaktır; anateksi olarak tanımlanan bu erime noktası, metamorfizmanın sonunu ve kısmi ergimenin başlangıcını temsil eder.

Yerel (Lokal) Metamorfizma Bölgesel(Rejyonal) Metamorfizma METAMORFİZMA ÇEŞİTLERİ Yerel (Lokal) Metamorfizma Metamorfizma genel olarak yerel ve bölgesel metamorfizma olmak üzere iki ana gruba ayrılır. Bu süreçler metamorfizmada etken olan faktörlere bağlı olarak alt gruplara ayrılır. Yerel (Lokal) Metamorfizma Bölgesel(Rejyonal) Metamorfizma Kontakt Metamorfizma a.)Dinamotermal Metamorfizma Pirometamorfizma   b.)Gömülme Metamorfizma Hidrotermal Metamorfizma c.)Okyanus tabanı metamorfizması Dinamik Metamorfizma

Metamorfik olayların geliştiği birçok ortam bulunmaktadır Metamorfik olayların geliştiği birçok ortam bulunmaktadır. Çoğunluğu levha kenar sınırlarında ve magmatik faaliyetlerle beraber oluşmuştur. Yukarıda belirtilen metamorfizma türlerinden kontakt dinamotermal ve gömülme metamorfizmalarında T ve P yükselmesine bağlı olarak metamorfik kayalarda şiddeti giderek artan yapısal ve mineralojik değişiklikler görülür. Bu metamorfizmalara progressif (ilerleyen) metamorfizma denir. Bu metamorfizma tanımına uygun olarak etkin olan fiziksel koşullardan daha düşük koşullarada uğradıkları değişikliklere retrogressif (gerileyen) metamorfizma adı verilmektedir. Bir bölgede birden fazla metamorfizma vardsa buna polimetamorfizma adı verilir.   Kontakt Metamorfizma Büyük magma kütlelerinin yer kabuğuna sokulmaları (intriüzyon) çevre kayalarda sıcaklığın yükselmesine neden olacaktır. Sıcaklığın yükseldiği dokanak zonunun genişliği, magma kütlesinin büyüklüğüne, magmanın kimyasal bileşimine, dolaysıyla magmanın sıcaklığına ve iletkenliğine bağlıdır. Magma kütlesinin çevresindeki bu dokanak zonu birkaç metreden birkaçyüz metreye veya birkaç kilometreye kadar değişen bir yayılım gösterir. Bu metamorfizmada etken faktör sıcaklık olması nedeniyle termal metamorfizma denilmektedir(şekil-1).

Bu evrede oluşan metamorfik kayalar tıkız ve bileşenleri yönlenmemiştir. Çoğunlukla ince taneli bir doku gösterirler ve genel olarak hornfels adını alırlar. İntrüzif (sokulan) magma etrafında kontakt metamorfik zon (KMZ) gelişir. Resimlerde koyu renkli kayalar açık renkli magma plütonu üzerinde yer alan askılı tavan dediğimiz metamorfik kayalarda oluşan bir kütledir. Bu önceleri magma odasının tavanını oluşturmaktaydı( şekil-2) Şekil-2: Şeyl kontakt metamorfizma etkisiyle hornfelse, kuvarslı kumtaşı kuvarsite, kireçtaşı ise mermere dönüşür.

Hidrotermal Metamorfizma Pirometamorfizma Kayalarda özellikle çok yüksek sıcaklıklarda gelişen mineralojik, yapısal değişiklikleri kapsayan metamorfizma türüdür. Volkanik kayalar özellikle bazaltlar içindeki ksenolitler veya bazı sokulumların çevre kayalara yakın kısımlarında mevcut ksenolitler üzerinde meydana gelen değişiklikleri ifade eder. Böylece pirometamorfizma, kontakt metamorfizma ile magmatik süreçler arasında yer alır.   Hidrotermal Metamorfizma Kayalarda hidrotermal çözeltilerin etkisi altında meydana gelen değişikliklere hidrotermal metamorfizma denir. Sıcak ve iyona doygun akışkanlar kırık-çatlak boyunca kaya içinde dolaşında hidrotermal metamorfizma oluşur(Şekil-3). Şekil-3: sıcak su faaliyetleri ve gayzerlerin faal olduğu sığ kıtasal derinliklerde hidrotermal metamorfizma oluşmaktadır.

Bu tür metamorfizma magma faaliyeti iel iç içe gelişir, çünkü iyon gücünü hızlandıracak ısı enerjisi bu ortamda bulunur. Böylece büyük plutonların etrafında kontakt metamorfizma zonlarında hidrotermal metamorfizma faaliyetlerine de rastlarız. Büyük magam katılaşması sürecinde kristal yapılarına girmeyen iyonlar ve artık uçucu maddeler (su gibi) serbestleşir. Böyle oluşan iyona dayalı akışkanlara hidrotermal çözeltiler denir. Yan kayaların önemli derecede ornatılmasının yanında hidrotermal çözeltiler bir çok ekonomik mineral yatağının kaynağı olur. Levha tektoniği bulgularının zenginleştikçe hidrotermal metamorfizmanın başlıca oluşum ortamının okyanus ortası sırt bölgeleri olduğunu anlamaktayız (Şekil-4). Burada levhalar birbirinden uzaklaşmakta ve altta ki sıcak magma katılaşarak yeni okyanus kabuğu parçaları oluşturmaktadır. Deniz suyu genç henüz sıcak kabuk içinde dolaşır, ısınarak taze okyanus tabanı bazaltlarını kimyasal etkiler. Bu yolla Fe- Mg’ lu mineraller (olivin, piroksen) sulu silikat minerallerine (serpantin, talk, klorit) dönüşür. Şekil-4: Okyanus ortası sırtta hidrotermal metamorfizma

Dinamik Metamorfizma Bu metamorfizma türü faylar boyunca gözlenen genellikle kayalarda ezilme, kırılma, ufalanma sonucu meydana gelen değişiklikleri kapsar. Bu değişim esnasında mineraller arasında yeni minerallerin oluşumuna yol açan kimyasal reaksiyonlar oluşmaz veya oluşsa da çok önemsiz yer tutar. Böylece bu metamorfizmada kayacın mineralojik bileşimi değişmez. Kaya parçalanma sonucunda oluşan kayalar milonit genel adını alırlar. Meteor çarpması veya yeraltında gerçekleştirilen nükleer patlamalar sonucu yerkabuğunda meydana gelen değişikleri kapsayan ve çarpma metaorfizması adı verilen metamorfizmada dinamik metamorfizmanın bir türü olarak kabul edilir. (Stişovit veya koezit) Yüzeye yakın kaya davranışı katı malzemenin kırılması şeklindedir. Buna bağlı olarak fay düzlemi boyunca kaya kırılmış ve ezilmiş olur. Gevşek tutturulmuş bu kayaya fay breşi denir, kaya parçaları ve kaya unundan oluşur(şekil-6). Kuzey Anadolu fay zonu boyunca 1000 km uzunluğunda ve yaklaşık 3 km genişliğinde bir bölgede bu tür metamorfizma gözlenebilir.

2.)Bölgesel Metamorfizma Dinamotermal Matamorfizma Dağ oluşumu ve orojenezle ilgili olarak birçok metamorfik kayalar bölgesel metamorfizma etkisiyle oluşmaktadır. Bu dinamik olaylar sürecinde yer kabuğunun büyük dilimleri çarrpışan levha kenarlarında sıkışarak deformasyona uğrar(Şekil-5). Şekil-5: dağ oluşumu sürecinde çarpışan litosferik levhaların arasında sıkışma ile bölgesel metamorfizma gerçekleşir.

METAMORFİK KAYALARIN KÖKENSEL SINIFLAMASI

METAMORFİK FASİYESLERİN SICAKLIK-BASINÇ DİYAGRAMINDAKİ KONUMLARI

Metamorfik Fasiyeslerin Kökensel Kaya Türlerine Göre Mineral Toplulukları Fasiyes/Köken Kayası Metabazik Metapelitik Zeolit Lomuntit, Analsim, Haulandit Karışık tabakalı killer Albit-Epidot Hornfels Albit+Epidot+Aktinolit+Klorit Muskovit+Biyotit+Klorit Hornblend Hornfels Hornblend ±Plajiyoklaz ±Kummingtonit Kordiyerit+Klorit+Muskovit+Andaluzit Piroksen Hornfels Klinopiroksen+Ortopiroksen+Plajiyoklaz ±Olivin ±Hornblend Kordiyerit+Andaluzit+K-Feldispat Sanidit Plajiyoklaz+Hornblend ±Piroksen ±K-Feldispat ±Volkan Camı Korundum+Manyetit+Anortit+Volkan camı Prehnit-Pumpelliyit Prehnit+Pumpelliyit ±Klorit ±Albit ±Epidot, Lavsonit(Yüksek basınç) İllit,Muskovit+Klorit+Albit+Kuvars, Stiplomelan,Pirofillit Yeşilşist a) Aktinolit+Epidot ±Albit ±Klorit (Düşük Sıcaklık) a) Klorit+Muskovit+Albit (Düşük sıcaklık zonu) b) Hornblend ±Aktinolit+Albit+Klorit+Epidot ±Granat (Yüksek Sıcaklık) b) Klorit+Muskovit+Biyotit+Albit+Granat (Yüksek sıcaklık zonu) Amfibolit Hornblend+Plajiyoklaz ±Epidot ±Granat a) Stavrolit, Disten, Sillimanit+Muskovit (Düşük sıcaklık zonu) b) Sillimanit+K-Feldispat ±Muskovit+Granat (Yüksek sıcaklık zonu) Granülit a) Ortopiroksen +Klinopiroksen +Plajiyoklaz ±Hornblend ±Olivin (Düşük basınç zonu) a) Kordiyerit+Granat+K-Feldispat+Sillimanit (Orta basınç) b) Granat +Klinopiroksen +Ortopiroksen +Plajiyoklaz ±Hornblend (Orta basınç zonu) b) Disten+K-Feldispat (Yüksek basınç)   c) Granat +Klinopiroksen +Kuvars +Plajiyoklaz ±Hornblend (Yüksek basınç zonu) Mavişist Glokofan + Lavsonit Fengit+Klorit-Talk+Granat (Biyotit içermez), Kloritoyid Eklojit Omfazit + Granat (Plajiyoklaz ve Lavsonit içermez) Talk+Disten ±Muskovit (Fengit)