METAMORFMETAMORFİİK PETROGRAFK PETROGRAFİİ

((Petrografi Petrografi II. BII. Bööllüüm)m)

Ders Sorumlusu

Prof.Dr. Sabah YILMAZ ŞAHİN

METAMORFMETAMORFİİZMA ve ZMA ve

METAMORFMETAMORFİİK KAYAK KAYAÇÇLAR LAR

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.

DiyajenezDiyajenez((250-300 0C)

AnateksiAnateksi(700-800 0C)

METAMORFMETAMORFİİZMAZMA

METAMORFİZMA FAKTÖRLERİ

1. Sıcaklık2. Basınç3. Kimyasal bileşim4. Zaman

Kayaç, oluştuğu oluşum koşullarında farklı ortam koşullarınataşındığında (diyajenez sonrası) belli bir jeolojik zaman dilimindemetamorfizma gerçekleşir. Metamorfizma ile köken (birincil) kayacınkimyasal 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) Basınç (Kb)10 2.635 1050 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 kataklastikkayaçlar, 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 kayaçkütlelerinin birbirleri üzerinde hareket etmeleri sonucu bir sürtünme ısısıortaya 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 uzandığıyüzeye yakın bölgelerde serbestleşme nedeni ile akışkan faz basıncı, doğal olarak litostatik basınçtan daha küçük olacak ve önem taşımayacaktır.

3. Kimyasal Bileşimİlksel 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 Ca-bakımından zengin (grossular-andradit) bir durum gösterirler. Benzer kimyasal bileşime sahip düşük ve yüksek metamorfizma dereceli kayaçlarda bulunan mineralllerin kimyasal bileşiminde farklılıklar ortaya çıkabilir.

4. ZamanMetamorfizma 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 dMineral döönnüüşşüümmüü -- Bir mineralin ayrBir mineralin ayrışışmasmasıı ile yeni minerallerin ile yeni minerallerin

oluoluşşmasmasıı -- Mineraller arasMineraller arasıında nda ceryanceryan eden kimyasal eden kimyasal

reaksiyonlarreaksiyonlar 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

İİlerleyenlerleyen//progresifprogresif metamorfizmametamorfizma

Gerileyen/Gerileyen/retrogresifretrogresif metamorfizmametamorfizma

TerslenmiTerslenmişş//ıınvertednverted metamorfizmametamorfizma

METAMORFMETAMORFİİZMADA FASZMADA FASİİYES VE YES VE ZON KAVRAMIZON KAVRAMI

MetamorfizmaMetamorfizma zonlarzonlarıı:: Met. KayaMet. Kayaççlarlarıın n oluoluşşum um derinliklerine derinliklerine ve ve kayakayaççlarlarıın kimyasal bilen kimyasal bileşşimlerine imlerine ggööre re tantanıımlanmasmlanmasıı ile ile zonzon kavramkavramıı ortaya atortaya atıılmlmışışttıır (r (GrubenmanGrubenman, , 1904).1904). Buna gBuna gööre;re;EpizonEpizon, , mesozonmesozon, , katazonkatazon kavramlarkavramlarıı tantanıımlanmmlanmışışttıır. r.

Metamorfik Metamorfik fasiyesfasiyes ise, aynise, aynıı PP--T koT koşşullarullarıı altaltıında olunda oluşşmumuşşmineral topluluklarmineral topluluklarıı olarak tanolarak tanıımlanmlanıır (r (EskolaEskola, 1915)., 1915).

İİndeks mineral:ndeks mineral: Belirli bir sBelirli bir sııcaklcaklıık ve bask ve basıınnçç kokoşşulunu ulunu karakterize eden mineral. karakterize eden mineral. ÖÖrn; rn; DistenDisten, y, yüüksek basksek basıınnççkokoşşullarullarıınnıı karakterize eder. 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, anortitçezengin 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 FASİYESLERİMetamorfik 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 aynımineral toplulukları oluşur.• Değişik P/T koşullarını temsil eden ve değişik kayaç/mineral gruplarıile karakterize edilen metamorfik fasiyesler arasındaki sınırlar kesin olmayıp, geçişlidir.

İİndeks mineral:ndeks mineral: Belirli bir Belirli bir ssııcaklcaklıık ve bask ve basıınnçç kokoşşulunu ulunu karakterize eden mineral. karakterize eden mineral. ÖÖrn; rn; DistenDisten, y, yüüksek basksek basıınnççkokoşşullarullarıınnıı karakterize eder.karakterize eder.

Metamorfizmanın alt ve üst limitleri

METAMORFİK KAYAÇLARDA YAPISAL-DOKUSAL ÖZELLİKLER

Metamorfik kayaMetamorfik kayaççlardaki lardaki dokusal özellikler oluoluşşum um şşekillerine ve ekillerine ve ggöörrüünnüümlerine dayanarak; mlerine dayanarak;

1. 1. KristaloblastikKristaloblastik doku doku ((granoblastikgranoblastik, , nematoblastiknematoblastik, , lepidoblastiklepidoblastik, , mozayikmozayik, karma, karmaşışık, k, griftgrift,,……) )

MetamorfizmaMetamorfizma kokoşşullarullarıı altaltıında meydana gelen dokusal nda meydana gelen dokusal öözelliklerin ifadesi izelliklerin ifadesi iççin genelde in genelde ““--blastikblastik”” son takson takııssıı kullankullanııllıır. r. Bu ortamda oluBu ortamda oluşşan kristallere an kristallere kristaloblastkristaloblast veya veya kristaloblastikkristaloblastikdoku addoku adıı verilir. verilir.

2. 2. KristaloklastikKristaloklastik doku doku ((kataklastikkataklastik, , mmöörterrter, , porfiroklastikporfiroklastik))3. Kal3. Kalııntntıı dokusu dokusu ((BlastoBlasto-- öön eki aln eki alıırlar, rlar, plastoporfirikplastoporfirik gibi)gibi)4. Y4. Yöönlnlüü doku doku ((lineasyonlineasyon, , foliasyonfoliasyon, , şşiztoziteiztozite, , gnaysozitegnaysozite,..),..)

Metamorfizmada Yapı Kavramı

� Düzlemsel yapılara yapraklanma veya foliasyon adı verilir� Çizgisel yapılar ise lineasyon adını alır

UstaUstaöömermer, 2007, 2007

UstaUstaöömermer, 2007, 2007

UstaUstaöömermer, 2007, 2007

UstaUstaöömermer, 2007, 2007

UstaUstaöömermer, 2007, 2007

METAMORFİK KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMASI1. 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, --şşist, ist, --gnays, gnays, --felsfels terimleri kayaçadına 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 – foliasyonunmilimetre (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 açıklayıcıolabilmektedir.

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

MetaMeta-- ööntakntakııssıı, yap, yapıısalsal--dokusal dokusal öözellikleri, kzellikleri, kıısmen smen mineralojimineralojisisi hangi kayahangi kayaççtan ttan tüüredikleri anlaredikleri anlaşışılabilen labilen metamorfik kayametamorfik kayaççlar ilar iççin kullanin kullanııllıır, yani kr, yani kööken kayacken kayacıısaptanabilen metamorfik kayasaptanabilen metamorfik kayaççlar ilar iççin kullanin kullanııllıırr

ÖÖrn., rn., metagranitmetagranit, , metagraovakmetagraovak, ,

OrtoOrto-- ööntakntakııssıı, , Magmatik kayaMagmatik kayaççlardan tlardan tüüreyen metamorfik reyen metamorfik kayakayaççlarlarıı tantanıımlamada kullanmlamada kullanııllıır. r. ÖÖrn., rn., ortognaysortognays, , ortoortoamfibolitamfibolit..

ParaPara-- ööntakntakııssıı,, SedimanterSedimanter kayakayaççlardan tlardan tüüreyen reyen metamorfik kayametamorfik kayaççlarlarıı tantanıımlar, mlar, ÖÖrn., rn., ParagnaysParagnays, para , para amfibolitamfibolit. .

Kataklastik Kayaçların Sınıflandırılması

1. Y1. Yöönlnlüü doku gdoku göösteren , yosteren , yoğğun un kataklastiklerkataklastikler ProtomilonitProtomilonit, , MilonitMilonit, , UltramilonitUltramilonit22. Yeniden . Yeniden KristallenmeKristallenme ggöösteren veya masif steren veya masif

olanlarolanlarMilonitMilonit gnaysgnaysMilonitMilonit şşist,ist, BlastomilonitBlastomilonit

LEVHA TEKTONLEVHA TEKTONİĞİİĞİ VE VE METAMORFMETAMORFİİZMAZMA

UzaklaUzaklaşşan levha san levha sıınnıırlarrlarıındaki ndaki metamorfizmametamorfizma YaklaYaklaşşan levha san levha sıınnıırlarrlarıındaki ndaki metamorfizmametamorfizma ((ÇÇarparpışışma kuma kuşşaklaraklarıındaki ndaki metamorfizmametamorfizma))(k(kııtata--kkııta, kta, kııtata--okyanus, okyanusokyanus, okyanus--okyanus)okyanus) Birbirlerine gBirbirlerine gööre kayan levha sre kayan levha sıınnıırlarrlarıındaki ndaki

metamorfizmametamorfizma

Metamorfik kayaç dokuları

İsviçre Alpleri -2006, Lozan