Metamorfismo

Metamorfismoa arroka baten egitura edo konposizio kimikoaren egoera aldaketarik gabeko transformazioa da, sortu zen momentutik jasandako tenperatura eta presio baldintzen ondorioz. Egoera fisikoak aldatzerakoan eta trantsizioa egiteko beharreko energia lortu eta gero, material harritsua egoera desberdin batera aldatuko da baldintza berrietara egokituz. Transformazio hauek jasotzen dituzten arrokek, arroka metamorfikoak deitzen dira. Metamorfismoan eragiten duten faktoreen artean honako hauek aurki ditzazkegu:

 Abiaburuko arrokaren egitura eta konposizioa
 Sistemaren eboluzioan parte hartzen dituen tenperatura eta presio aldaketak.
 Hainbat fluidoen migrazioa
 Deformazioa

Arroketan eragina duten eta aldaketa metamorfikoak eragiten dituzten kanpoko agentetzat har daitezke horiek. Arroka metamorfikoak aztertzean, helburu nagusi bat da arroka horiek kanpoko ageteen zer kondizio jasan behar izan duten zehaztea, eta , informazio horretatik, arroken historia tektonikoari buruz ahal dena ondorioztatzea. Metamorfismoa jasan duten arroken konposizio orokorra ezagutzea ere ezinbestekoa da, arroka metamorfizatuaren izaera zehazteko.

Metamorfismoaren faktoreak

Arroken egitura eta konposizioa 
Arroka metamorfiko baten konposizio kimikoa abiaburuko materialaren konposizioaren araberakoa da. Horretaz gain, arrokan dagoen urak eta karbono dioxidoak era parte hartzen dute prozesu honetan. Aipatzekoa da arbelaren eta eskisto arroken arteko desberdintasuna. Lehenengoak arroka sedimentario batetik dator eta bigarrenak arroka bolkanikotik sortzen da. Hori dela eta, konposizio desberdineko arrokak dira.

Tenperatura 
Litosferaren barrualdean tenperatura gero eta altuagoa da, gutxi gorabehera 33 °C igotzen da kilometro batean. Hala era, datu hau ez da oso zehatza, hainbat faktore kontutan hartu behar direlako, hala nola, lurraren sarkontasuna eta aztertzen ari garen eskualdea. Prozesu metamorfikoak tenperatura tarte batean gertatzen dira, hain zuzen ere, 150 eta 1000 °C artean, abiaburuko arrokaren konposizioaren arabera. Metamorfismoan gertatzen diren tenperatura aldaketak hainbat arrazoiengatik ematen dira:

 Arroka baten distantzia kamara magmatikoarekiko.
 Mantutik magmaren igoera.
 Gradiante geotermikoaren handitzeak.
 Faila lekuetan emandako marruskadura.

Presioa 
Presioa sarkontasunarekin haunditzen da. Metamorfismoan lau presio mota desberdinak parte hartzen dute.

 Presio litostatikoa: Arroka batek jasotzen duen presioa da, norabide guztietan berdina izanik, hots, hidrostatikoa da. Azal kontinentalean aurkitzen diren arrokak ozeanikoan aurkitzen direnak baino presio handiagoa jasotzen dute geruzen lodiera dela eta. Kate orogeniko aktiboetan, beste esfortzu bat ere izaten da: desbideratze-esfortzuak. Desbideratze-esfortzuak adierazten du presioa zer neurritan ez den berdina norabide guztietan. Neurri hori ez da handia izaten (segur aski, bar gutxi batzuk, 100 bar baino gutxiago, besterik ez), eta ez du eragin nabarmenik arroka metamorfikoetako mineralen presio-egonkortasunean. Dena den, desbideratze esfortzuari zor zaio terrane metamorfiko askotako deformazio zabala, eta esfortzu horren ondorioz eratzen dira, halaber, arroka metamorfikoetako foliazioak eta foliazioarekin lotutako fabrikak.
 Zuzendutako presioa: Indar batek arroka baten gain eragindako presioa da. Aurreko presioaren kontrakoa da, presioa norabide guztietan modu desberdin batean aplikatzen delako. Gertaera honek, arrokak apurtzea eragiten du.
 Fluidoen presioa: Arroken poroetan aurkitzen diren fluidoek kristalen gain eragiten duten indarra da. Sarkontasun gutxiko lekuetan presio litostatikoaren bezalako eragina du.
 Konfinamendu presioa: Fluidoak eta presio litostatikoa batzean sortutako presio erresultantea da.

Presioak ere garrantzi handia du metamorfismoan. Arrokek egiten duten presioa presio litostatikoa da, (P), eta honela kalkulatzen da: P=pgh non p (kg/m^3) gaineko arroken dentsitatea baita, g (9.80m/s^2) grabitatearen azelerazioa, eta h (m) sakonera. Presioa pascaletan neurtzen da (1 Pa= 1 kg m/s^2). Presio handiek dentsitate handiko mineralak eratzea eratzea sustatzen dute, katioien koordinazio-zenbakiak presioa handitu ahala handitzen direlako ( izan ere, presioak estuago paketatzera behartzen ditu anioiak).

Fluidoen agerpena 
Arroken poroetan agertzen diren fluiodoak, urez, karbono dioxidoz eta gatzez osatutako nahastea da. Fluido hauek mineralak inguratuko dituzte katalizatzaile bezala jokatuz berkristalizazioa eragiten dute migrazio ionikoa sustatuz. Aipatutako nahasteak mineral batzuk disolbatzeko eta erreakzio kimiko metamorfikoetan elementu kimikoak emateko gaitasuna du.

Fluido hauen jatorria ura asko dagoen leku porotsuetan dago, kasu gehienetan arroka sedimentarioak edota arroka igneoen hausturetan gertatuko da. Tenperatura altuetan deshidratazioa ematen da mineraletan. Kanporatzen den ura mugitu egiten da garraio ionika erraztuz.

Prozesu metamorfikoak: 
Metamorfismoa gertatzen ari den bitartean, hainbat aldaketa gerta daitezke arrokan. Aldaketa horiek dira, besteak beste, birkristaltzea, mineral berriak haztea, ehundura-aldaketak eta konposizio-aldaketak.

Birkristaltzea 
Birkristaltze prozesuan, arrokan lehendik dauden mineral-pikorren tamaina eta forma aldatzen da. Tenperatura altuan dauden arrokak birkristaldu egiten dira eta pikor larriagokoetan bihurtzen dira, tenperatura altuetan ioien migrazioa errazagoa baita. Oso deformatuak dauden mineralak birkristaltzen hasten direnean haien pikor-tamaina txikitzen da. Deformazio-energia murriztu ondoren, mineralak birkristaltzean pikor finak elkartu eta pikor handiagoak eratzen dituzte. Beraz, deformazio harikorra jasaten ari diren arroken pikorren tamaina, deformazioak eragindako txikitzea eta birkristaltzearen ondoriozko handitzearen arteko orekan dago.

Mineral berriak haztea 
Mineral berriek, haztean, lehendik zeuden mineralak (ezegonkorragoak) ordezkatzen dituzte; sortzen diren mineralak aurretik zeudenak baino egonkorragoak dira arroka jasaten ari den tenperatura- eta presio-kondizioetan. Terrane metamorfiko askotan, arroken mineralogia adatzen da tenperatura igo ahala. Arroka baten mineralogia arroka horrek jasan dituen tenperaturaren eta presioaren adierazle bat da. Askotan, fluido-galerarik ez badago, metamorfizatzen ari diren arroken konposizio osoa ez da aldatzen. Horregatik, mineral berri bat agertzeko , lehendik dauden mineralak kontsumitu behar dira.

Ehundura-aldaketak 
Aurrerako metamorfismoan gertatzen diren ehundura-aldaketa nabarienak pikor-tamaina handitzea eta foliazioak eratzea dira. Pikor-tamaina handitzen da bai birkristaltzearen ondorioz , bai mineral bat hazten delako. Foliazioak, berriz, metamorfismoak iraun bitartean arroka deformatu egiten delako eratzen dira, normalean. Mineral xaflakarak, -esate baterako, mikak-, batetik lerrokatze paraleloa izateraino biratu daitezke deformazioaren bidez, eta, bestetik, desbideratze-esfortzuarekiko orientazio hobetsietan birkristaldu daitezke.

Konposizio-aldaketak 
Kanpoko iturrietatik datozen fluidoek arrokaren konposizio osoa aldaraz dezakete metasomatismo prozesuaren bidez, alegia, osagai batzuk disolbatuz eta beste batzuk ekarriz.

Ingurune metamorfikoak 
Terminologia asko erabili izan da arrokak metamorfiza daitezkeen inguruneak deskribatzeko, eta, gainera, batzuetan gainjarri egiten dira. Terminologia horiek dira, besteak beste, ezaugarri geologiko lokaletan oinarritutakoa, plaken tektonikaren inguruan oinarritutakoa eta beroaren eta deformazioaren arteko orekan oinarritutakoa.

Segur aski, ingurune geologiko lokaletan oinarritutako terminologia da argiena, metamorfismoaren izaera landako lan xume batez zehaztu daiteke. Honela taldekatzen dira metamorfismoak:

Ukipen-metamorfismoa 

Material magmatiko batek arroka hotzekin kontaktuan sartzen den guneetan ematen den metamorfismoa da. Tenperatura aldaketa honek eragina zuzena du arroka hotzaren tenperaturan, baina presioa aldatu gabe, hots, konstante mantenduz.Magmaren inguruan aureola izeneko lekua sortzen da, non arroken arteko kontaktua ematen den. Aureola hauek handiak izan daitezke kimikoki aktiboak diren arroketan, kaliza bezalakoetan. Hauen tenperatura igotzean arrokaren mineralak eta ehundura aldatuko da, arroka berri bat sortuz.

Eskualdeko metamorfismoa 
Aurreko metamorfismoa baino eremu zabalago batean gertatzeko aukera dago. Bi plaka litosferikoen arteko talkaren ondorioz gerta daiteke arroken zapalketa emanez. Denborarekin arrokak bata bestearen gainean jartzea gerta daiteke beherago daudenak presio handiagoa jasoz. Beste aukera bat plaken arteko subdukzioa gertatzea da. Gertaera honetan parte hartzen duten arrokak tenperatura eta presio oso altuak jasotzen dute.

Metamorfismo dinamikoa 
Lurreko geruzaren mugimenduak eragindako faila guneetan arrokek jasotzen dituzten presioa oso altua da. Presio hauen igoera arroka berriak sortzearen arrazoia da.

Gainazalean adibidez, arroka ahul ditugu, jasaten duten presioaren ondorioz, sendotasun gutxiko arroka bat sortzen da, ebaki faila dietzen dena.

Metamorfismo buriala edo zama-metamorfismoa 
Hirugarren metamorfismo mota hau ez dago magmatismoarekin edo deformazioarekin erlazionatuta. Gainera presio eta tenperaturaren arteko erlazioa txikia da. Metamorfismo burialaren arroka erresultanteek birkristaltze osoa edo partziala aurkezten dute. Sedimentuak arro sedimentariora hurbiltzen direnean presioa eta tenperatura handitzen dira. Tenperatura nahiko handia denean erreakzio metamorfikoak sortzen dira eta gradu baxuko arroka metamorfikoak eratzen dira.Metamorfismo honetan, arroka bolumena nahiko handia da, baina horiek, normalean, arroka sedimentarioak eta bolkanikoak pilatzen diren arro sedimentarioetakoak dira. Metamorfismo buriala edo zama-metamorfismoa diagenesi sedimentarioaren jarraipena da.

Metasomatismoa eta metamorfismo hidrotermala 

Metasomatismoan, hainbat fluido akuosoen bitartez arroka baten osagai kimikoak kentzean edo gehitzean arduratzen den prozesu geologikoa da, arroka egoera solidoan mantentzeko asmoarekin. Metamorfismo hidrotermala, berriz, prozesu geologiko bat da, non, sedimentuek edo arrokek, kimikoki aktiboak diren tenperatura altuko fluidoen zirkulazioa sufritzen duten. Tenperatura eta presio baxuko egoeretan ematen da eta erreakzio batzuen abiaduran eta konposizio mineralean eragina du. Hauen jatorria era askotakoa da eta bere dedukzioa konposatu hauen konposizio isotopikoen ikerketan datza. Honi esker fluido hidrotermal baten jatorria magmatikoa, metamorfikoa, sedimentarioa, meteorikoa eta uren nahastea izan daiteke.

Talka metamorfismoa 

Laborategiko ikerketa, leherketa nuklear edo inpaktu meteoritikoen ondorioz sortutako talka uhinen efektua da. Metamorfismo honetan presio oso altuko egoerak eman dira eta hainbat eten agerpenak sortu egin dira meteoritoek botatako materialaren ondorioz. Talka hauen ondorioz lortzen dugun arroka-hauts bihurtua, hautsita edota urtuta egon daiteke. Talka hauen produktuak bonba bolkanikoen antzeko arrokak izango dira, beiran aberatsak.

Deformazio handiko metamorfismoa 
Zizaila moldakor handiaren ondorioz arroka milonitikoak eratzen dira. Horretarako energia iturri tektonikoetatik dator. Aldaketa nagusia pikor-tamainaren murrizketa handia da, bai pikor xeheko filosilikatoak sortuta eta bai sortu gabe.

Ingurune metamorfikoak plaken tektonikan ere deskriba daitezke. Presio handiko eta tenperatura baxuko metamorfismoa subdukzio-eremuetan eta zamalkadura bizkorraren ondorioz arrokak sakonera handietara oso azkar sartzen diren eremuetan gertatzen da. Presio txikiko eta tenperatura altuko metamorfismoa, berriz, bero-fluxu handiko eremuetan gertatzen da, hala nola uharte-arkuetan, gandor ozeanikoetan, eta ukipen-aureola metamorfikoetan. Horien tarteko kondizioen aukera zabala da, eta subdukzio-eremuen ondoko kate orogeniko kontinentaletan gertatzen dira.

Berotzearen eta deformazioaren arteko orekari erreparatuz gero, metamorfismoa termikoa, dinamotermikoa eta dinamikoa izan daiteke.

 Metamorfismo termikoan, arrokak berotu soilik egiten dira, eta ez dago deformazio nabarmenik. Aldaketa mineralogikoa da nagusi; ehundura aldaketa, berriz, txikia da. Bai ukipen-metamorfismoa eta bai , metamorfismo buriala metamorfismo termikoak dira.
 Metamorfismo dinamikoa. Deformazio handikoa, baina berotze nabarmenik gabea. Ehundura-aldaketa da nagusi. Horrelakoa da, adibidez, failadurekin erlazionatutako deformazio handiko metamorfismoa.
 Metamorfismo dinamotermikoan, deformazioa eta tenperatura aldaketa nabarmena dago. Horren ondorioz, arrokek ehundura-aldaketak eta aldaketa mineralogikoak jasaten dituzte. Eskualde-metamorfismoa dinamotermikoa izaten da gehienetan.

Historia 

James Hutton geologoa metamorfismoari buruzko ikerketa egin zuen lehenengo pertsona izan zen , Theory of the Earth liburuan, 1795. urtean argitaratua izan zena. Uniformismoaren defendatzaile bezala Lurraren goiko zati superfiziala, "makina birziklatzaile" bezala jokatzen duela erran zuen, non, arrokak ez ziren sortzen ezta apurtzen, baizik eta arroka mota bat beste batean bihurtzen zen. Pentsamendu korronte honetan, neptunismo defendatzaileak kontra zeuden, Georges Louis Leclerc bezala. Hauek arroka mota bakoitza "garai" desberdin batean sortu zela pentsatzen zuten, Lurraren historia hainbat "garaitan" banatuta egonik.

Magmaren ondorioz eragina zituzten arrokek deskribatzeko "Arroka metamorfiko" terminoa erabili zuen lehen geologoa Charles Lyell izan zen, Principles of geology obran, 1833 argitaratua. XIX. mendearen bukaeran, George Barrowek, hainbat arroka metamorfikoetan aurkitzen zen mineral kantitatea handia zela ohartu zen. Horri esker, metamorfismoaren gradua definitu zuen. Bertan, mineralogiaren aldaketen arabera, arrokek jasaten zuten presio eta tenperatura baldintzak ezagutzen ziren. 1920. urtean, Pentti Elias Eskola, itxura metamorfiko kontzeptua landu zuen eta tenperatura eta presio egoeraren arabera mineralen efektibotasuna desberdina zela ohartaratu zen. Tenperatura eta presio baldintzak definitzeko bost itxura metamorfikoak propostau zituen eta 1939. urtean hiru gehiago gehitu zituen.

Loring Coes 1953. urtean laborategi batean koesita sintetizatu zuen eta 1960. urtera arte ez zen naturan aurkitu izan. Gertakari honen ondorioz, talka metamorfismoa bereizteko baliagarriak ziren markagailuak aurkitu ziren.

Metamorfismoaren P-T baldintzen ebaluaketa kualitatiboa: 
XIX. eta XX. mendeetan arroka metamorfiko baten ezaugarriak determinatzen zituzten faktoreak ez zeuden oso argi, nahiz eta tenperatura eta presioa eragina zutelaren susmoa egon. Goldschmidt egindako hainbat ikerketen ondorioz metamorfismoaren ikaskuntzan termodinamikak zuen garrantzia zabaltzen hasi zen. Hori dela eta, tenperatura eta presioaren garrantziak finkatu ziren. Honi esker, arroken konposizio kimikoen aldaketa eta arroka bakoitza garatzen zituen mineralak aztertzeko aukera zabaldu zen.

Gradu metamorfikoa 
Gradu metamorfikoa erabiltzen da metamorfismoaren intentsitatea oro har deskribatzeko. Irudian tenperatura-presio (T-P) banaketa bat egiten da: metamorfismoaren gradu oso baxua, baxua, ertaina eta altua. Arroka pelitikoetan eta beste batzuetan , graduak mineralogia jakinekin identifikatu dira, baina, berez, gradu terminoa orokorrean erabiltzen da, hain zuzen, tenperatura- eta presio-kondizioei erreferentzia egiteko.

Faziesa 
Fazies metamorfiko batek, ondo definituta dagoenean, informazio hau ematen du: mineral elkarte metamorfikoen sorta bat, espazioan eta denboran behin eta berriz lotuak, halako moldez non aurreikus daitekeen erlazio konstante bat baitago mineralaren konposizioaren eta arrokaren konposizio kimiko osoaren artean. Fazies kontzeptua fisikako eta kimikako printzipioetan oinarrituta dago, arroken mineralogia tenperaturari eta presioari erantzuteko aldatzen delako. Dena den, fazies terminologia aplikatzea zaila izan da. Azaleratze bateko konposizio desberdineko arroka guztiak fazies berekoak dira, eta fazies hori arroka mota bakoitzaren berariazko mineralogian oinarrituta definitzen da. Baina beste azaleratze batean litologia batek, mineralaren erreakzio metamorfiko baten ondorioz, beste mineral-elkarte bat badu, arroka horiek guztiak beste fazies batekoak dira, mineral-elkarteak desberdinak direlako. Arroken konposizio posibleak asko direnez, eta mineral-elkarte desberdinak ematen dituzten mineral-erreakzio metamorfikoak ere asko direnez, fazies posibleen kopurua handiegia da. Gainera, tenperatura- eta presio-kondizio berdinak jasaten dituzten arrokek, fluidoaren izaeraren arabera, mineralogia desberdinak dituzte. Horregatik faziesak arroka mafikoen mineralogian oinarrituta definitu izan dira, gainerako arroka motak,oro har, alde batera utzita.

Mineral-zonen mugak eta isogradak 

Arroka multzo jakin batean, mineral jakinen lehen agerpena zehazten duen muga (gradu metamorfiko igotzean) landan bertan identifika dezakete noiznahi terrane metamorfikoen mapak egiten dituzten geologoek; Mineral horiek mineral indizeak dira. Ezaugarri horien mapa egin, eta mineral-zonen mugak lortzen dira; agertzen den mineral indizean oinarrituta izendatzen dira muga horiek. Isograda ere baderitze muga horiei. Mineral-zonen ondoz ondoko bi mugen arteko arrokak mineral-zona batean daude. Antzeko mugak defini daitezke mineralak azkenekoz agertzen direnean. Muga horiek desagertzen den mineralaren izenean oinarritura izendatzen dira (adibidez, klorita-desagerpena eta andaluzita-desagerpena).

Erreferentziak

Ikus, gainera 
 Arroka metamorfiko

Kanpo estekak 

Arroka metamorfikoak
Prozesu geologikoak