METAMORFİK PETROGRAFİ

METAMORFİK PETROGRAFİ
(Petrografi II. Bölüm)
Ders Sorumlusu
Prof.Dr. Sabah YILMAZ ŞAHİN
METAMORFİZMA ve
METAMORFİK KAYAÇLAR
Metamorfizma; kayaçların, diyajenez ve alterasyon dışında, oluşum
koşullarından farklı koşullara (sıcaklık, basınç, tektonizma …) maruz
kaldıklarında uğradıkları yapısal ve dokusal değişimlere metamorfizma denir.
Metamorfizmada, kayacın toplam kimyasal bileşimi değişmez, fakat
rekristalizasyon ve neomineralizasyon gibi süreçlerle, mineral türleri ve
formları değişir. Bunun anlamı, metamorfizma olayı ile, minerallerin
kristalografik sistemleri değişebilir; toplam kimyasal bileşimde bulunmak
kaydı ile yeni mineraller meydana gelebilir.
Diyajenez
(250-300 0C)
METAMORFİZMA
Anateksi
(700-800 0C)
METAMORFİZMA FAKTÖRLERİ
1. Sıcaklık
2. Basınç
3. Kimyasal bileşim
4. Zaman
Kayaç, oluştuğu oluşum koşullarında farklı ortam koşullarına
taşındığında (diyajenez sonrası) belli bir jeolojik zaman diliminde
metamorfizma gerçekleşir. Metamorfizma ile köken (birincil) kayacın
kimyasal bileşimine bağlı olarak yeni metamorfik kayaçlar türer.
Metamorfik süreçlerin (rekristalizasyon, neomineralizasyon … gibi)
gerçekleşebilmesi için, zaman faktörü de son derece önemlidir.
1.Sıcaklık:
Metamorfizmada etkili sıcaklık 250-300 0C ile 700-800 0C aralığı içinde
gelişir.
Yerkabuğunda sıcaklığın yükselmesi;
1. Magma sokulumu sonucu olabildiği gibi (kontakt metamorfizma),
kayaçların yerkabuğunda herhangi bir nedenle derinlere gömülmeleri veya
yerkabuğu derinliklerinden yukarı doğru olan sıcaklık akımının oranında
artma sonucu (bölgesel metamorfizma) da meydana gelebilir.
2. Jeotermal gradyan ile, yerkabuğunda derinlere gidildikçe sıcaklığın
ortalama 15-20 0C/km, bazı bölgelerde ise 10 0C/km olarak yükseldiği
bilinmektedir. Örneğin, yerkabuğunun 20 km derinliklerde mevcut
olabilecek sıcaklığın 300-500 0C dolayında olabileceği, yerkabuğunda
tabanı devamlı olarak çöken ortamlarda biriken sedimanların ise 20 0C/km
şeklinde artan bir jeotermal gradyan ile 35 km derine indiklerinde 700
0C dolayında bir sıcaklık etkisinde kalacakları ve böylece bu kayaçlarda
bir metamorfizma oluşabileceği ileri sürülmektedir.
3. Mineraller arasında gelişen kimyasal reaksiyonlar sıcaklık artışına
neden olabilir.
2. Basınç
1. Litostatik basınç,
2. Stres
3. Akışkan fazı
Litostatik Basınç: Litostatik basınç üstte bulunan kayaçların
yoğunluk ve kalınlıklarına bağlı olarak, altta bulunan kayalara
uygulanan basınçtır. Litostatik basınç derinlere doğru 250-300
bar/km dolayında yükseldiği, metamorfizma esnasında etkili
litostatik basıncın genellikle 0-10 Kb arasında değişen değerlerde
Kıtasal kabukta derinliğe göre litostatik basınç değişimi,
Derinlik (km)
10
35
50
Basınç (Kb)
2.6
10
15
Stres (Yönlü basınç): Metamorfik kayaçların dokusal özelliklerini
belirleyen en önemli faktörlerden biri strestir. Stresin kayaçlardaki etkisi,
kayaçların özelliklerine bağlı olarak farklı oran ve miktarlarda kırılma ve
kıvrılmaları, minerallerin kristalografik veya boyutsal yönlendirilmeleri
gibi değişik şekillerde olabilir. Milonit ve buna benzer kataklastik
kayaçlar, ani ve kuvvetli stres etkisi sonucu kayaçlarda meydana gelen
ezilme ve parçalanmalar ile oluşurlar.
Stresin kayaç bileşenlerini parçalama/ufalama şeklindeki fiziksel
etkisi, bileşenlerin tane boylarının küçülmesine yol açar ve dolayısıyla
bunların birbirleri ile kimyasal reaksiyona girmelerini kolaylaştırır.
Stres ısı kaynağı olarak da düşünülebilir. Burada kayaç
kütlelerinin birbirleri üzerinde hareket etmeleri sonucu bir sürtünme ısısı
ortaya çıkabilir.
Akışkan Faz Basıncı:
1. Su basıncı (PH2O)
2. Karbondioksit basıncı (PCO2)
3. Oksijen basıncı (PO2)
Metamorfizmaya uğrayan kayaçların gözeneklerinde, ince çatlaklarında
veya mineral yüzeylerinde bir miktar su bulunmaktadır. Ayrıca
kayaçları oluşturan bazı minerallerin kristal yapılarında (OH) şeklinde
bulunan “kristal suyu” da bazı metamorfik reaksiyonlar sonucu
serbest kalmaktadır.
Akışkan faz basıncı birçok durumlarda litostatik basınca eşit
yüksekliktedir. Ancak kırık ve çatlakların yeryüzüne kadar uzandığı
yüzeye yakın bölgelerde serbestleşme nedeni ile akışkan faz basıncı,
doğal olarak litostatik basınçtan daha küçük olacak ve önem
taşımayacaktır.
3. Kimyasal Bileşim
İlksel kimyasal bileşim, metamorfik kayaçların mineralojik
bileşiminin yanı sıra aynı zamanda, metamorfizmada oluşan minerallerin
kimyasal bileşimlerini de tayin eden bir faktördür. Örneğin granat
mineralleri karbonatlı kayaçların metamorfizması ile oluşmuşlarsa Cabakımından zengin (grossular-andradit) bir durum gösterirler. Benzer
kimyasal bileşime sahip düşük ve yüksek metamorfizma dereceli
kayaçlarda bulunan mineralllerin kimyasal bileşiminde farklılıklar ortaya
çıkabilir.
4. Zaman
Metamorfizma ile köken (birincil) kayacın kimyasal bileşimine
bağlı olarak yeni metamorfik kayaçlar türer. Metamorfik süreçlerin
(rekristalizasyon, neomineralizasyon … gibi) gerçekleşebilmesi için,
zaman faktörü de son derece önemlidir.
METAMORFİZMA SÜREÇLERİ








1. Yeniden kristalleşme (rekristalizasyon)
2. Yeni mineral oluşumu (neo-mineralizasyon)
- Mineral dönüşümü
- Bir mineralin ayrışması ile yeni minerallerin
oluşması
- Mineraller arasında ceryan eden kimyasal
reaksiyonlar
3. Metamorfik farklılaşma
4. Metasomatizma
5. Anateksi
Rekristalizasyon: Metamorfizma sırasında, köken kayaçta bulunan kristallerin
sıcaklık ve basınç gibi metamorfik etmenlerle çözünmeden, daha ideal ve iyi
gelişmiş olarak yeniden kristallenmesi olayıdır.
Neomineralizasyon: Metamorfizma öncesi (köken) kayaçta mevcut olmayan yeni
minerallerin oluşumunu kapsayan sürece yeni mineral oluşumu anlamında
kullanılır. Bu süreç mineraller arasında katı durumda gerçekleşen kimyasal
reaksiyonlar sonucu gelişir.
Metasomatizma: Metamorfizma sırasında kayaçların 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 kayaçlarda
ise, kayaç 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 kayaç bileşenlerinde erime başlayacaktır; anateksi olarak tanımlanan bu erime
noktası, metamorfizmanın sonunu ve kısmi ergimenin başlangıcını işaret eder.
METAMORFİZMA ÇEŞİTLERİ
Metamorfizma genel olarak yersel ve bölgesel
metamorfizma olmak üzere iki ana guruba ayrılır. Bu süreçler,
metamorfizmada etken olan faktörlere bağlı olarak alt guruplara
ayrılır.
1. Yersel (lokal) metamorfizma
2. Bölgesel (rejyonal) metamorfizma
a. Kontak metamorfizma
a. Dinamotermal metamorfizma
b. Pirometamorfizma
b. Gömülme metamorfizması
c. Hidrotermal metamorfizma
c. Okyanus tabanı metamorfizması
d. Dinamik metamorfizma
İlerleyen/progresif metamorfizma
Gerileyen/retrogresif metamorfizma
Terslenmiş/ınverted metamorfizma
METAMORFİZMADA FASİYES VE
ZON KAVRAMI
Metamorfizma zonları: Met. Kayaçların oluşum
derinliklerine ve kayaçların kimyasal bileşimlerine göre
tanımlanması ile zon kavramı ortaya atılmıştır (Grubenman,
1904). Buna göre;
Epizon, mesozon, katazon kavramları tanımlanmıştır.
Metamorfik fasiyes ise, aynı P-T koşulları altında oluşmuş
mineral toplulukları olarak tanımlanır (Eskola, 1915).
İndeks mineral: Belirli bir sıcaklık ve basınç koşulunu
karakterize eden mineral. Örn; Disten, yüksek basınç
koşullarını karakterize eder.
Epizon: Sıcaklığın düşük veya orta derecede olduğu, litostatik basıncın düşük,
stresin yüksek (bazen bulunmayabilir) olduğu üst zondur. Bu zona ait tipik
mineraller; Fe ve Mn içeren granat, aktinolit, glokofan, klorit, epidot/zoisit, talk,
albit, muskovit ve anataz... olarak sayılabilir.
Mezozon: Sıcaklık ve basıncın epizondan daha yüksek, stresin çok yüksek
(bazen bulunmayabilir) olduğu orta zondur. Bu zona ait tipik mineraller;
hornblend, kısmen aktinolit ve antofillit, almandin türü granat, epidot/zoisit,
disten, anortitçe zengin plajiyoklaz, ender olarak da ortoklaz, muskovit, biyotit,
flogopit, stavrolit, klorit olarak sayılabilir.
Katazon: Sıcaklık ve basıncın çok yüksek, stresin diğer zonlardan daha düşük
olduğu alt zondur. Bu zona ait tipik mineraller; diyopsit ve omfazit türü ojit,
hornblend, olivin, almandin-pirop-grossular türü granat, kordiyerit, anortitçe
zengin plajiyoklaz, alkali ojit, alkali hornblend, ortoklaz, biyotit, sillimanit ve
spinel olarak sayılabilir.
Her üç zonda da bulunabilen herhangi bir zonu karakterize etmeyen “arsız
mineraller” olarak da kuvars, rutil, titanit, kalsit, biyotit... sayılabilir.
METAMORFİZMA FASİYESLERİ
Metamorfik fasiyes kavramında, kayaçların içerdikleri ve aynı
basınç/sıcaklık (P/T) koşulları altında birbirleriyle kimyasal dengede
bulunan değişik bileşimdeki mineral topluluğu ifade edilmektedir.
Mineral toplulukları, metamorfizmaya uğrayan köken kayacın
kimyasal bileşimine bağlı olarak çeşitlilik gösterir. Bu nedenle
metamorfizma fasiyesleri, tek bir kayaç tipi ile belirlenemezler.
• Kimyasal bileşimi aynı olan kayaçlardan, aynı fasiyes koşulları altında
aynı mineral toplulukları oluşur.
• Değişik P/T koşullarını temsil eden ve değişik kayaç/mineral grupları
ile karakterize edilen metamorfik fasiyesler arasındaki sınırlar kesin
olmayıp, geçişlidir.
İndeks mineral: Belirli bir
sıcaklık ve basınç koşulunu
karakterize eden mineral.
Örn; Disten, yüksek basınç
koşullarını karakterize eder.
Metamorfizmanın alt ve üst limitleri
METAMORFİK KAYAÇLARDA YAPISALDOKUSAL ÖZELLİKLER
Metamorfik kayaçlardaki dokusal özellikler oluşum şekillerine ve
görünümlerine dayanarak;
1. Kristaloblastik doku (granoblastik, nematoblastik,
lepidoblastik, mozayik, karmaşık, grift,…)
Metamorfizma koşulları altında meydana gelen dokusal
özelliklerin ifadesi için genelde “-blastik” son takısı kullanılır.
Bu ortamda oluşan kristallere kristaloblast veya kristaloblastik
doku adı verilir.
2. Kristaloklastik doku (kataklastik, mörter, porfiroklastik)
3. Kalıntı dokusu (Blasto- ön eki alırlar, plastoporfirik gibi)
4. Yönlü doku (lineasyon, foliasyon, şiztozite, gnaysozite,..)
Metamorfizmada Yapı Kavramı
Düzlemsel yapılara yapraklanma veya foliasyon adı verilir
Çizgisel yapılar ise lineasyon adını alır
Ustaömer, 2007
Ustaömer, 2007
Ustaömer, 2007
Ustaömer, 2007
Ustaömer, 2007
METAMORFİK KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMASI
1. Kuarallı adlama: Kayacın dokusal özellikleri dikkate alınarak,
metamorfizma için “indeks mineral” olarak değerlendirilen minerallerin türleri ve
bolluklarına göre yapılır.
Bu sınıflamada dokuyu ifade eden –fillit, -şist, -gnays, -fels terimleri kayaç
adına son ek olarak eklenirken, kayaçta bulunan indeks minerallerin tamamı tek tek
veya mineral gurubu olarak adlamanın başına, bolluklarına göre azdan çoğa doğru
sıralanarak yazılır.
Burada kullanılan dokusal kavramlar tane boyunu da içerir.
Fillit, İnce taneli, yapraklanmanın kalınlığı mm den daha azdır.
Şist, orta taneli, kayaçtaki yapraklanmanın - mineral diziliminin – foliasyonun
milimetre (mm) boyutunda veya daha fala olduğu durumu;
Gnays ise, iri taneli santimetre (cm) boyutunda olduğu durumu ifade eder.
Fels kavramı ise, kayaçta her hangi bir yönlü dokunun (yapraklanma, mineral dizilimi,
foliasyon gibi) bulunmadığını işaret eder.
Örneğin: Sillimanit-disten şist, kalksilikatik şist, Amfibol fels, Kalksilikatik fels
2. Kuralsız adlama: Metamorfik kayaçlardan bazıları kuralsız olarak
adlanmış olmasına rağmen, kullanımları o kadar yaygınlaşmıştır ki,
sadece kayaç ismi, o kayacın mineral parajenezini, yapısal-dokusal
özelliklerini,
metamorfizma
türünü
ve
fasiyesini
açıklayıcı
olabilmektedir.
Bu kayaçların bazıları, hornfels, mermer, kuvarsit, amfibolit,
arduvaz, benekli arduvaz, migmatit ve eklojit olarak sayılabilir. Bu
adlamada göz önüne alınmış olan özellikler, mineral toplulukları,
yapısal-dokusal özellikler, metamorfizma tür ve fasiyesleri ile
bölgesel tanımlamalardır.
Köken kayacına göre Metamorfik Kayaçların
Sınıflandırılması
Meta- öntakısı, yapısal-dokusal özellikleri, kısmen
mineralojisi hangi kayaçtan türedikleri anlaşılabilen
metamorfik kayaçlar için kullanılır, yani köken kayacı
saptanabilen metamorfik kayaçlar için kullanılır
Örn., metagranit, metagraovak,


Orto- öntakısı, Magmatik kayaçlardan türeyen metamorfik
kayaçları tanımlamada kullanılır. Örn., ortognays, orto
amfibolit.

Para- öntakısı, Sedimanter kayaçlardan türeyen
metamorfik kayaçları tanımlar, Örn., Paragnays, para
amfibolit.
Kataklastik Kayaçların Sınıflandırılması
1. Yönlü doku gösteren , yoğun kataklastikler
 Protomilonit,
 Milonit,
 Ultramilonit
2. Yeniden Kristallenme gösteren veya masif
olanlar
 Milonit gnays
 Milonit şist,
 Blastomilonit
LEVHA TEKTONİĞİ VE
METAMORFİZMA
 Uzaklaşan levha sınırlarındaki metamorfizma
 Yaklaşan levha sınırlarındaki metamorfizma
 (Çarpışma kuşaklarındaki metamorfizma)
(kıta-kıta, kıta-okyanus, okyanus-okyanus)
 Birbirlerine göre kayan levha sınırlarındaki
metamorfizma
Metamorfik kayaç dokuları
İsviçre Alpleri -2006, Lozan