התמרה

התמרה (מלשון תמורה, שינוי, מטמורפוזה) היא תהליך של שינויים כימיים ומינרלוגיים בסלע קיים (סלע מקור, פרוטוליט - protolith) ובמינרלים כתוצאה מתנאים קיצוניים אליהם נחשפו לאחר היווצרותם. מקור השם הוא במילה מטמורפוזה שמשמעותה ביוונית היא שינוי צורה.

התמרה חלה על סלעי משקע וסלעי יסוד אך יכולה לחול גם על סלעים מותמרים.

תהליכי התמרה
הגורמים העיקריים המשפיעים על התמרה:
 טמפרטורה – בין 200 ל-700°C, משפיעה על המבנה הגבישי עקב שבירה של קשרים בין מולקולות.
 לחץ – עולה ככל שמעמיקים, אך יש גם שינויי לחץ אחרים, בעיקר בעת אירועים חולפים. הלחץ גורם לשינוי מבנה, ולשינויים בסידור גבישי המינרלים המתגבשים בניצב לכיוון הכח הגורם ללחץ. סוגים של סידור גבישי:
 פוליאציה – סידור בשכבות – רוב המינרלים המאפיינים אותו הם בעלי פצילות לוחית, כביוטיט ומוסקוביט. כמו כן מתקיימת הפרדה בין מינרלים כהים לבהירים עקב הלחץ. זהו הסידור הנפוץ ביותר.
 לינאציה – מראה כשל מחטים, כמו בפירוקסן ואמפיבול.
 נוזלים – נוכחות נוזלים חמים מעודדת התמרה.
 סלע המקור, פרוטולית – הרכבו הכימי נשמר אך נגרם שינוי בהרכב המינרלי שלו.

שינויים ביחסי טמפרטורה-לחץ יפיקו סלעים מותמרים שונים זה מזה.

תנאי התמרה
מקובל כי הגבול התחתון לתהליכים מטמורפיים נע בין 100-150 מעלות צלזיוס, להוציא מן הכלל שינויים דיאגנזיים, הנובעים מקומפקציה ובהם ניתן לחזות בסלעי משקע.
לא קיימת הסכמה לגבי הערך התחתון של הלחץ הדרוש לתהליכים מטמורפיים. קיימים חוקרים הטוענים כי תהליכים המתרחשים בתנאי לחץ אטמוספיריים אינם תהליכים מטמורפיים, אולם קיימים תהליכים מטמורפיים המתרחשים בתנאי לחץ נמוכים ביותר. הגבול העליון בו מתרחשים תהליכים מטמורפיים קשור לתהליכי ההתכה של הסלע. הטמפרטורות ינועו בין 700-900 מעלות צלזיוס, הלחץ תלוי בהרכב הסלע. מיגמטיט הוא סלע הנוצר בגבול זה שבין התכה לבין מטמורפיזם.

סוגי התמרה
התמרה היא למעשה גיבוש מחדש של מינרלים בסלע המתרחש בסביבה מטמורפית – סביבה בה חלים שינויים בסלע קיים. סביבה זו אינה מקום מסוים כסביבות היווצרות אחרות של סלעים, אלא תהליך המתרחש בכמה אופנים:

התמרה אזורית
התמרה המתרחשת בקנה מידה גדול כאשר סלעים נקברים בעומק רב בו שוררים תנאי טמפרטורה ולחץ גבוהים מאוד. הסלעים נדחפים לעומק באזורי הפחתה בעקבות פעילות של לוחות טקטוניים.

התמרה אזורית מכסה שטחים נרחבים של קרום יבשתי, ואופיינית לאזורים העוברים תהליכים אורוגנים. תהליך אורוגני מתרחש במהלך התנגשות של שני לוחות יבשתיים, או לוח יבשתי ולוח אוקייני היוצרים תנאי לחץ אדירים הגורמים לקימוט השטח ויצירת שרשרות הרים. תנאי לחץ אלו אף יוצרים את התנאים הדרושים לתהליכים המטמורפיים המאפיינים התמרה אזורית. לאחר שההרים האורוגנים מתבלים, נחשפים הסלעים המטמורפיים שבבסיסם. סלעים אלו מאופיינים בכך שניכרים בהם מעוותים. באמצעות גאולוגיה מבנית ניתן לנתח את תהליכי ההתנגשות וללמוד על ההיסטוריה שלהם ועל הכוחות המעורבים. ניתן לחלק את ההתמרה האזורית לפאצייסים מטמורפיים המגדירים תנאי טמפרטורה/לחץ לאורך האזור האורוגני.

פאצייסים מטמורפיים
פאצייסים מטמורפיים הם אזורים בעלי הרכב אחיד של מינרלי אינדקס הנמצאים בשיווי משקל בתנאי לחץ/טמפרטורה מוגדרים.

פאציסים:

T נמוך - P נמוך: זאוליט
T בינוני עד גבוהה - P נמוך: הורנבלנדה - הורנפלס
T נמוך - P גבוה: צפחות כחולות
T בינוני עד גבוה - P בינוני צפחות ירוקות, אמפיבוליט, גרנוליט
T בינוני עד גבוה - P גבוה: אקלוגיט

דרגות התמרה
באזורים אורוגניים ניתן לזהות אזורים של התמרה מתקדמת והתמרה נסוגה. את דרגת המטמורפיזם של האזור ניתן לקבוע על ידי הופעתם של מינרלי אינדקס

דרגת התמרה נמוכה — דרגת התמרה בינונית — דרגת התמרה גבוהה
צפחות ירוקות — אמפיבוליט —  גרנוליט
לווחה — פיליט — צפחה — גנייס — מיגמטיט (התכה חלקית) >> התכה
כלוריט
ביוטיט
גארנט
סטאורוליט
קיאניט
סילימניט

התמרת מגע
התמרה המתרחשת בדרך כלל בשולי מחדרים פלוטוניים חמים. בשולי גוף החדירה נוצרת הילה המבטאת את השפעתו הדועכת של גוף החדירה ככל שמתרחקים ממנו.

התמרת מגע מתרחשת לרוב  בשולי מחדרים כתוצאה מהעלייה החדה בטמפרטורה המתרחשת בעת חדירת מגמה לתוך סלעי הסביבה הקרים באופן יחסי. האזור מסביב לחדירה מאופיין ב"שולי אפייה", הם התוצר של התמרת המגע. סלעים אשר נוצרו על ידי התמרת מגע עשויים שלא להציג סממנים בולטים של מעוות ושינוי, ולעיתים קרובות יהיו דקי גרגר. 
הדרגה של התמרת המגע גבוהה יותר ככל שמתקרבים למחדר. שטח המרחב המותמר תלוי בטמפרטורת המחדר, גודלו, והבדל הטמפרטורות בינו לבין הסביבה. דייקים מאופיינים בשולי אפייה צרים בעלי דרגות מטמורפיזם נמוכות, בעוד מחדרים פלוטוניים אחרים עשויים להציג שולי אפייה עבים ומפותחים. דרגת המטמורפיזם של שולי האפייה נקבעת על ידי המינרל המנחה המעיד על דרגת ההתמרה הגבוהה ביותר המצוי בהם.

נוזלים מגמטים אשר מקורם בסלעים חודרניים עשויים לקחת חלק בריאקציות מטמורפיות. תוספת מרובה של נוזלים מגמטים עשויה לשנות את הרכבם של סלעי הסביבה באופן קיצוני. מסיבה זו, לעיתים קרובות ניתן למצוא מרבצים מתכתיים ומשקעים מינרלים בסביבת שולי אפייה.

התמרה הידרותרמית
התמרה הידרותרמית היא תוצר של אינטראקציות בין סלע לבין נוזל בטמפרטורה גבוהה. ההבדל בהרכב הסלע הקיים והנוזל החודר גורר סדרת תגובות מטמורפיות ומטאסומטיות. הנוזל ההידרותרמי עשוי להיות מגמטי אולם גם עשוי להיות מי תהום או מי אוקיינוס. זרמי הערבול בתחתית האוקיינוס אחראים לתגובות מטמורפיות באזורי גבולות פתיחה בהם מתרחשת ניתן למצוא אזורים געשיים. הדפוסים של שינויים הידרותרמיים משמשים בחיפוש אחר מרבצים של עפרות מתכת.

התמרה דינמית
מתרחשת באזורי העתק והיא תוצר של לחץ וחום מקומיים אשר מקורם בחיכוך שיוצרת תנועת הלוחות. מטמורפיזם דינמי מרסק ושובר את הסלעים ומקנה להם צורות מזוותות ומרקם קלאסטי.

המרקם של הסלעים באזורים אשר עברו התמרה דינמית תלוי בעומק בו הם נוצרו: ככל שנעמיק כך המעוות יהיה פחות פריך ויותר משיך (עיוות פלסטי).

התמרת פגיעה
התמרה זו מתרחשת כאשר גוף חיצוני (לדוגמה מטאוריט או גוש קלאסטי גדול במיוחד אשר מקורו בהתפרצות געשית אלימה) מתנגש בפני כדור הארץ. התמרה מסוג זה מאופיינת בתנאי לחץ גבוהים ותנאי טמפרטורה נמוכים. גם המינרלים והטקסטורות הנוצרים מאפיינים תנאים אלה.

התמרת קבורה
התמרה הנובעת משקיעה או קבורה מקומית של סלעי משקע.

התמרה נסוגה
התמרה המתרחשת בתנאי ירידה של טמפרטורה ולחץ.

חדירה מגמטית וגרניטיזציה
תהליכי התמרה גורמים לעיתים להתכה מלאה של סלעים וערבוב סלעי מקור שונים. התכה זו יוצרת חומר צמיגי הדומה בכל למאגמה ראשונית היוצרת סלעי יסוד פלוטוניים. עובדה זו עשויה ליצור אי-ודאות בזיהוי סלעי יסוד וסלעים מותמרים.

בתצפיות על גופים מגמטיים ניתן להבחין בשתי תופעות המציינות תהליכים שונים:
קיימת אחידות במבנה סלעי הסביבה ומתקיים גבול חד וברור בינם לבין גופי החדירה של המאגמה. גאולוגים הסיקו מכך כי גרניט, סיאניט וסלעים פלוטוניים אחרים הם תוצר של חדירת מאגמה נוזלית לתוך סלעי סביבה. מצב זה יוצר תעלומה: לאן נעלמו הסלעים שהיו במקום שבו כעת מצויים גופי החדירה? לכך יש תשובה חלקית: חדירת המאגמה חיממה את סלעי המקור, קימטה אותם ויצרה בהם סדקים, אליהם חדרה המאגמה הנוזלית לפני שהתקררה והתגבשה.
במקומות רבים אין מעבר חד בין סלעים מגמטיים לסלעים מגמטיים אחרים אלא מעבר הדרגתי. המסקנה המתבקשת היא כי סלעי הגרניט באותם מקומות נוצרו על ידי התמרה הידרותרמית ולא על ידי חדירה של מאגמה נוזלית. התמרה של סלעי סביבה שנותרו במקומם המקורי נקראת גרניטציה. גרניטציה מתרחשת כאשר הולכת החום והלחץ מתבצעת על ידי חדירת מים ולא על ידי חדירת מאגמה. תפקידם של המים בתהליך: הולכת חומרים בתמיסות בתוך גוש הסלע העובר התמרה.

קיומם של שני התהליכים במקביל מסביר את שתי התופעות.

סלעים מותמרים

התמרה יוצרת סלעים מותמרים שונים, שהבולטים בהם:
 צפחה - נוצרת מהתמרת סלעי משקע, בעיקר חרסית ופצלים, בתנאי חום ולחץ מוגברים כתוצאה מקבורה בעומק רב או לחצים טקטוניים.
 גנייס – נוצר מהתמרה של סלעי משקע עשירים בקוורץ ופצלת השדה.
 שיש - נוצר בהתמרת מגע של סלעי גיר או דולומיט, שבמהלכה גבישי הקלציט מתגבשים מחדש לגבישים גדולים יותר.
 קוורציט - לעיתים נוצר בתהליך של התמרה כתוצאה מחימום אבן חול והספגתה בתמיסות צורניות.

מרקמי התמרה
מרקמים אופייניים לסלעים מותמרים:
 מרקם לווחי – אופייני ללווחה ולפיליט, מישורי פצילות חלקים
 מרקם צפחתי – אופייני לצפחה, מישורי פצילות מחוספסים בדוגמת פסים
 מרקם גנייסי – אופייני לגנייס, מבנה מפוספס
 מרקם גרנובלסטי – אופייני לגרנוליט ולסוגים אחדים של שיש וקוורציט
 מרקם הורנפלסי – אופייני להורנפלס 
 מרקם מיגמטיטי – אופייני למיגמטיט
 מרקם פורפירי – אופייני למינרלים מותמרים הגדלים על חשבון מסת האם: גארנט, סטאורוליט, קיאניט

לקריאה נוספת

קישורים חיצוניים

 

פטרולוגיה