Mineraloji ve Petrografi Metamorfik - Petrografi ( Petrografi II ) METAMORF METAMORF İ İ K PETROGRAF K PETROGRAF İ İ ( ( Petrografi Petrografi II. B II. B ö ö l l ü ü m) m) Ders Sorumlusu Prof.Dr. Sabah YILMAZ ŞAH İNMETAMORF METAMORF İ İZMA ve ZMA ve METAMORF METAMORF İ İK KAYA K KAYAÇ ÇLAR LAR Metamorfizma; kayaçların, diyajenez ve alterasyon dı şında, olu şum ko şullarından farklı ko şullara (sıcaklık, basınç, tektonizma …) maruz kaldıklarında u ğradıkları yapısal ve dokusal de ği şimlere metamorfizma denir. Metamorfizmada, kayacın toplam kimyasal bile şimi de ği şmez, fakat rekristalizasyon ve neomineralizasyon gibi süreçlerle, mineral türleri ve formları de ği şir. Bunun anlamı, metamorfizma olayı ile, minerallerin kristalografik sistemleri de ği şebilir; toplam kimyasal bile şimde bulunmak kaydı ile yeni mineraller meydana gelebilir. Diyajenez Diyajenez ( (250-300 0 C) Anateksi Anateksi (700-800 0 C) METAMORF METAMORF İ İZMA ZMAMETAMORF İZMA FAKTÖRLER İ 1. Sıcaklık 2. Basınç 3. Kimyasal bile şim 4. Zaman Kayaç, olu ştu ğu olu şum ko şullarında farklı ortam ko şullarına ta şındı ğında (diyajenez sonrası) belli bir jeolojik zaman diliminde metamorfizma gerçekle şir. Metamorfizma ile köken (birincil) kayacın kimyasal bile şimine ba ğlı olarak yeni metamorfik kayaçlar türer. Metamorfik süreçlerin (rekristalizasyon, neomineralizasyon … gibi) gerçekle şebilmesi için, zaman faktörü de son derece önemlidir. 1.Sıcaklık: Metamorfizmada etkili sıcaklık 250-300 0 C ile 700-800 0 C aralı ğı içinde geli şir. Yerkabu ğunda sıcaklı ğın yükselmesi; 1. Magma sokulumu sonucu olabildi ği gibi (kontakt metamorfizma), kayaçların yerkabu ğunda herhangi bir nedenle derinlere gömülmeleri veya yerkabu ğu derinliklerinden yukarı do ğru olan sıcaklık akımının oranında artma sonucu (bölgesel metamorfizma) da meydana gelebilir. 2. Jeotermal gradyan ile, yerkabu ğunda derinlere gidildikçe sıcaklı ğın ortalama 15-20 0 C/km, bazı bölgelerde ise 10 0 C/km olarak yükseldi ği bilinmektedir. Örne ğin, yerkabu ğunun 20 km derinliklerde mevcut olabilecek sıcaklı ğın 300-500 0 C dolayında olabilece ği, yerkabu ğunda tabanı devamlı olarak çöken ortamlarda biriken sedimanların ise 20 0 C/km şeklinde artan bir jeotermal gradyan ile 35 km derine indiklerinde 700 0 C dolayında bir sıcaklık etkisinde kalacakları ve böylece bu kayaçlarda bir metamorfizma olu şabilece ği ileri sürülmektedir. 3. Mineraller arasında geli şen kimyasal reaksiyonlar sıcaklık artı şına neden olabilir. 2. Basınç 1. Litostatik basınç, 2. Stres 3. Akı şkan fazı Litostatik Basınç: Litostatik basınç üstte bulunan kayaçların yo ğunluk ve kalınlıklarına ba ğlı olarak, altta bulunan kayalara uygulanan basınçtır. Litostatik basınç derinlere do ğru 250-300 bar/km dolayında yükseldi ği, metamorfizma esnasında etkili litostatik basıncın genellikle 0-10 Kb arasında de ği şen de ğerlerde Kıtasal kabukta derinli ğe göre litostatik basınç deği şimi, Derinlik (km) Basınç (Kb) 10 2.6 35 10 50 15Stres (Yönlü basınç): Metamorfik kayaçların dokusal özelliklerini belirleyen en önemli faktörlerden biri strestir. Stresin kayaçlardaki etkisi, kayaçların özelliklerine ba ğlı olarak farklı oran ve miktarlarda kırılma ve kıvrılmaları, minerallerin kristalografik veya boyutsal yönlendirilmeleri gibi de ği şik şekillerde olabilir. Milonit ve buna benzer kataklastik kayaçlar, ani ve kuvvetli stres etkisi sonucu kayaçlarda meydana gelen ezilme ve parçalanmalar ile olu şurlar. Stresin kayaç bile şenlerini parçalama/ufalama şeklindeki fiziksel etkisi, bile şenlerin tane boylarının küçülmesine yol açar ve dolayısıyla bunların birbirleri ile kimyasal reaksiyona girmelerini kolayla ştırır. Stres ısı kayna ğı olarak da dü şünülebilir. Burada kayaç kütlelerinin birbirleri üzerinde hareket etmeleri sonucu bir sürtünme ısısı ortaya çıkabilir.Akı şkan Faz Basıncı: 1. Su basıncı (P H2O ) 2. Karbondioksit basıncı (PCO2) 3. Oksijen basıncı (P O2 ) Metamorfizmaya u ğrayan kayaçların gözeneklerinde, ince çatlaklarında veya mineral yüzeylerinde bir miktar su bulunmaktadır. Ayrıca kayaçları olu şturan bazı minerallerin kristal yapılarında (OH) şeklinde bulunan “kristal suyu” da bazı metamorfik reaksiyonlar sonucu serbest kalmaktadır. Akı şkan faz basıncı birçok durumlarda litostatik basınca e şit yüksekliktedir. Ancak kırık ve çatlakların yeryüzüne kadar uzandı ğı yüzeye yakın bölgelerde serbestleşme nedeni ile akı şkan faz basıncı, doğal olarak litostatik basınçtan daha küçük olacak ve önem ta şımayacaktır. 3. Kimyasal Bile şim İlksel kimyasal bile şim, metamorfik kayaçların mineralojik bile şiminin yanı sıra aynı zamanda, metamorfizmada olu şan minerallerin kimyasal bile şimlerini de tayin eden bir faktördür. Örne ğin granat mineralleri karbonatlı kayaçların metamorfizması ile olu şmu şlarsa Ca- bakımından zengin (grossular-andradit) bir durum gösterirler. Benzer kimyasal bile şime sahip dü şük ve yüksek metamorfizma dereceli kayaçlarda bulunan mineralllerin kimyasal bile şiminde farklılıklar ortaya çıkabilir. 4. Zaman Metamorfizma ile köken (birincil) kayacın kimyasal bile şimine ba ğlı olarak yeni metamorfik kayaçlar türer. Metamorfik süreçlerin (rekristalizasyon, neomineralizasyon … gibi) gerçekle şebilmesi için, zaman faktörü de son derece önemlidir. METAMORFİZMA SÜREÇLER İ ? 1. Yeniden kristalle şme (rekristalizasyon) ? 2. Yeni mineral olu şumu (neo-mineralizasyon) ? ? - - Mineral d Mineral dö ön nü ü ş şü üm mü ü ? ? - - Bir mineralin ayr Bir mineralin ayrı ş ı şmas ması ı ile yeni minerallerin ile yeni minerallerin olu olu ş şmas ması ı ? ? - - Mineraller aras Mineraller arası ında nda ceryan ceryan eden kimyasal eden kimyasal reaksiyonlar reaksiyonlar ? 3. Metamorfik farklıla şma ? 4. Metasomatizma ? 5. AnateksiRekristalizasyon: Metamorfizma sırasında, köken kayaçta bulunan kristallerin sıcaklık ve basınç gibi metamorfik etmenlerle çözünmeden, daha ideal ve iyi geli şmi ş olarak yeniden kristallenmesi olayıdır. Neomineralizasyon: Metamorfizma öncesi (köken) kayaçta mevcut olmayan yeni minerallerin olu şumunu kapsayan sürece yeni mineral olu şumu anlamında kullanılır. Bu süreç mineraller arasında katı durumda gerçekle şen kimyasal reaksiyonlar sonucu geli şir. Metasomatizma: Metamorfizma sırasında kayaçların kimyasal bile şimlerinde H 2 O, CO 2 ve di ğer uçucu bile şenlerin dı şında herhangi bir de ği şiklik olmaksızın rekristalizasyon ve neomineralizasyon süreçleri geli şir. Örne ğin kalsit ve dolomitin katıldı ğı metamorfik reaksiyonlarda CO 2 açı ğa çıkar. Bazı metamorfik kayaçlarda ise, kayaç içerisinde dola şan çözeltilerden dolayı kimyasal bile şimde bir de ği şimin oldu ğu gözlenir ve bu süreç metasomatizma olarak tanımlanır. Anateksi: metamorfizmanın ileri evrelerinde, sıcaklık ve basıncın çok yükselmesi ile kayaç bile şenlerinde erime ba şlayacaktır; anateksi olarak tanımlanan bu erime noktası, metamorfizmanın sonunu ve kısmi ergimenin ba şlangıcını i şaret eder. METAMORF İZMA ÇE ŞİTLER İ Metamorfizma genel olarak yersel ve bölgesel metamorfizma olmak üzere iki ana guruba ayrılır. Bu süreçler, metamorfizmada etken olan faktörlere ba ğlı 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 metamorfizmaİ İ lerleyen lerleyen / / progresif progresif metamorfizma metamorfizma Gerileyen/ Gerileyen/ retrogresif retrogresif metamorfizma metamorfizma Terslenmi Terslenmi ş ş / / ı ı nverted nverted metamorfizma metamorfizmaMETAMORF METAMORF İ İ ZMADA FAS ZMADA FAS İ İ YES VE YES VE ZON KAVRAMI ZON KAVRAMI Metamorfizma Metamorfizma zonlar zonları ı: : Met. Kaya Met. Kayaç çlar ları ın n olu olu ş şum um derinliklerine derinliklerine ve ve kaya kayaç çlar ları ın kimyasal bile n kimyasal bile ş şimlerine imlerine g gö öre re tan tanı ımlanmas mlanması ı ile ile zon zon kavram kavramı ı ortaya at ortaya atı ılm lmı ş ı şt tı ır ( r (Grubenman Grubenman, , 1904). 1904). Buna g Buna gö öre; re; Epizon Epizon, , mesozon mesozon, , katazon katazon kavramlar kavramları ı tan tanı ımlanm mlanmı ş ı şt tı ır. r. Metamorfik Metamorfik fasiyes fasiyes ise, ayn ise, aynı ı P P- -T ko T ko ş şullar ulları ı alt altı ında olu nda olu ş şmu mu ş ş mineral topluluklar mineral toplulukları ı olarak tan olarak tanı ımlan mlanı ır ( r (Eskola Eskola, 1915). , 1915). İ İndeks mineral: ndeks mineral: Belirli bir s Belirli bir sı ıcakl caklı ık ve bas k ve bası ın nç ç ko ko ş şulunu ulunu karakterize eden mineral. karakterize eden mineral. Ö Örn; rn; Disten Disten, y , yü üksek bas ksek bası ın nç ç ko ko ş şullar ulları ın nı ı karakterize eder. karakterize eder. Epizon: Sıcaklı ğın dü şük veya orta derecede oldu ğu, litostatik basıncın dü şük, stresin yüksek (bazen bulunmayabilir) oldu ğu 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) oldu ğu 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 di ğer zonlardan daha dü şük oldu ğu 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 FAS İYESLER İ Metamorfik fasiyes kavramında, kayaçların içerdikleri ve aynı basınç/sıcaklık (P/T) ko şulları altında birbirleriyle kimyasal dengede bulunan de ği şik bile şimdeki mineral toplulu ğu ifade edilmektedir. Mineral toplulukları, metamorfizmaya u ğrayan köken kayacın kimyasal bile şimine ba ğlı olarak çe şitlilik gösterir. Bu nedenle metamorfizma fasiyesleri, tek bir kayaç tipi ile belirlenemezler. • Kimyasal bile şimi aynı olan kayaçlardan, aynı fasiyes ko şulları altında aynı mineral toplulukları olu şur. • De ği şik P/T koşullarını temsil eden ve de ği şik kayaç/mineral grupları ile karakterize edilen metamorfik fasiyesler arasındaki sınırlar kesin olmayıp, geçi şlidir.İ İndeks mineral: ndeks mineral: Belirli bir Belirli bir s sı ıcakl caklı ık ve bas k ve bası ın nç ç ko ko ş şulunu ulunu karakterize eden mineral. karakterize eden mineral. Ö Örn; rn; Disten Disten, y , yü üksek bas ksek bası ın nç ç ko ko ş şullar ulları ın nı ı karakterize eder. karakterize eder.Metamorfizmanın alt ve üst limitleriMETAMORF İK KAYAÇLARDA YAPISAL- DOKUSAL ÖZELL İKLER Metamorfik kaya Metamorfik kayaç çlardaki lardaki dokusal özellikler olu olu ş şum um ş şekillerine ve ekillerine ve g gö ör rü ün nü ümlerine dayanarak; mlerine dayanarak; 1. 1. Kristaloblastik Kristaloblastik doku doku ( (granoblastik granoblastik, , nematoblastik nematoblastik, , lepidoblastik lepidoblastik, , mozayik mozayik, karma , karma şı şık, k, grift grift, ,… …) ) Metamorfizma Metamorfizma ko ko ş şullar ulları ı alt altı ında meydana gelen dokusal nda meydana gelen dokusal ö özelliklerin ifadesi i zelliklerin ifadesi iç çin genelde in genelde “ “- -blastik blastik” ” son tak son takı ıs sı ı kullan kullanı ıl lı ır. r. Bu ortamda olu Bu ortamda olu ş şan kristallere an kristallere kristaloblast kristaloblast veya veya kristaloblastik kristaloblastik doku ad doku adı ı verilir. verilir. 2. 2. Kristaloklastik Kristaloklastik doku doku ( (kataklastik kataklastik, , m mö örter rter, , porfiroklastik porfiroklastik) ) 3. Kal 3. Kalı ınt ntı ı dokusu dokusu ( (Blasto Blasto- - ö ön eki al n eki alı ırlar, rlar, plastoporfirik plastoporfirik gibi) gibi) 4. Y 4. Yö önl nlü ü doku doku ( (lineasyon lineasyon, , foliasyon foliasyon, , ş şiztozite iztozite, , gnaysozite gnaysozite,..) ,..)Metamorfizmada Yapı Kavramı D ü z l e m s e l y a p ılara yapraklanma veya foliasyon adı verilir Çizgisel yapılar ise lineasyon adını alır Usta Ustaö ömer mer, 2007 , 2007Usta Ustaö ömer mer, 2007 , 2007Usta Ustaö ömer mer, 2007 , 2007Usta Ustaö ömer mer, 2007 , 2007Usta Ustaö ömer mer, 2007 , 2007METAMORF İK KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMASI 1. Kuarallı adlama: Kayacın dokusal özellikleri dikkate alınarak, metamorfizma için “indeks mineral” olarak de ğerlendirilen minerallerin türleri ve bolluklarına göre yapılır. Bu sınıflamada dokuyu ifade eden –fillit, - - ş şist, ist, - -gnays, gnays, - -fels fels terimleri kayaç adına son ek olarak eklenirken, kayaçta bulunan indeks minerallerin tamamı tek tek veya mineral gurubu olarak adlamanınb a şına, bolluklarına göre azdan ço ğa do ğru sıralanarak yazılır. Burada kullanılan dokusal kavramlar tane boyunu da içerir. Fillit, İnce taneli, yapraklanmanın kalınlı ğı mm den daha azdır. Şist, orta taneli, kayaçtaki yapraklanmanın - mineral diziliminin – foliasyonun milimetre (mm) boyutunda veya daha fala oldu ğu durumu; Gnays ise, iri taneli santimetre (cm) boyutunda oldu ğu durumu ifade eder. Fels kavramı ise, kayaçta her hangi bir yönlü dokunun (yapraklanma, mineral dizilimi, foliasyon gibi) bulunmadı ğını i şaret eder. Örne ğin: Sillimanit-disten şist, kalksilikatik şist, Amfibol fels, Kalksilikatik fels2. Kuralsız adlama: Metamorfik kayaçlardan bazıları kuralsız olarak adlanmı ş olmasına ra ğmen, kullanımları o kadar yaygınla şmı ştır 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 alınmı ş olan özellikler, mineral toplulukları, yapısal-dokusal özellikler, metamorfizma tür ve fasiyesleri ile bölgesel tanımlamalardır.Köken kayacına göre Metamorfik Kayaçların Sınıflandırılması ? ? Meta Meta- - ö öntak ntakı ıs sı ı, yap , yapı ısal sal- -dokusal dokusal ö özellikleri, k zellikleri, kı ısmen smen mineraloji mineralojisi si hangi kaya hangi kayaç çtan t tan tü üredikleri anla redikleri anla şı şılabilen labilen metamorfik kaya metamorfik kayaç çlar i lar iç çin kullan in kullanı ıl lı ır, yani k r, yani kö öken kayac ken kayacı ı saptanabilen metamorfik kaya saptanabilen metamorfik kayaç çlar i lar iç çin kullan in kullanı ıl lı ır r Ö Örn., rn., metagranit metagranit, , metagraovak metagraovak, , ? ? Orto Orto- - ö öntak ntakı ıs sı ı, , Magmatik kaya Magmatik kayaç çlardan t lardan tü üreyen metamorfik reyen metamorfik kaya kayaç çlar ları ı tan tanı ımlamada kullan mlamada kullanı ıl lı ır. r. Ö Örn., rn., ortognays ortognays, , orto orto amfibolit amfibolit. . ? ? Para Para- - ö öntak ntakı ıs sı ı, , Sedimanter Sedimanter kaya kayaç çlardan t lardan tü üreyen reyen metamorfik kaya metamorfik kayaç çlar ları ı tan tanı ımlar, mlar, Ö Örn., rn., Paragnays Paragnays, para , para amfibolit amfibolit. . Kataklastik Kayaçların Sınıflandırılması 1. Y 1. Y ö ö nl nl ü ü doku g doku g ö ö steren , yo steren , yo ğ ğ un un kataklastikler kataklastikler ? ? Protomilonit Protomilonit , , ? ? Milonit Milonit , , ? ? Ultramilonit Ultramilonit 2 2 . Yeniden . Yeniden Kristallenme Kristallenme g g ö ö steren veya masif steren veya masif olanlar olanlar ? ? Milonit Milonit gnays gnays ? ? Milonit Milonit ş ş ist, ist, ? ? Blastomilonit BlastomilonitLEVHA TEKTON LEVHA TEKTON İĞİ İĞİ VE VE METAMORF METAMORF İ İ ZMA ZMA ? ? Uzakla Uzakla ş ş an levha s an levha s ı ı n n ı ı rlar rlar ı ı ndaki ndaki metamorfizma metamorfizma ? ? Yakla Yakla ş ş an levha s an levha s ı ı n n ı ı rlar rlar ı ı ndaki ndaki metamorfizma metamorfizma ? ? ( ( Ç Ç arp arp ı ş ı ş ma ku ma ku ş ş aklar aklar ı ı ndaki ndaki metamorfizma metamorfizma ) ) (k (k ı ı ta ta - - k k ı ı ta, k ta, k ı ı ta ta - - okyanus, okyanus okyanus, okyanus - - okyanus) okyanus) ? ? Birbirlerine g Birbirlerine g ö ö re kayan levha s re kayan levha s ı ı n n ı ı rlar rlar ı ı ndaki ndaki metamorfizma metamorfizmaMetamorfik kayaç dokularıİsviçre Alpleri -2006, Lozan