فصل پنجم - دگرگونی و سنگهای دگرگون شده

[Dr Ernesto]

فرآيند دگرگونى وسنگ هاى دگرگون شده

دگرگونى عبارتست از مجموعه فرآيندهايى که تحت شرايط خاص باعث تغيير ساختمان وترکيب کانى شناسى سنگها شده ويک سنگ را در حالت جامد به سنگ ديگر تبديل مى نمايند. اين سنگ ها ممکن است از نوع آذرين، رسوبى وحتى دگرگونى باشند. اصولاً‌سنگهاى دگرگون شده، در درون زمين ودور از چشم ما ودر سنگ ذوب نمى شوند بلکه با حفظ حالت جامد سنگ بر اثر دخالت عوامل دگرگون ساز تغيير مى کنند.

حد دگرگونى

محدوده اى که سنگها دگرگون مى شوند،از پايان دياژنز شروع مى شودودر ابتداى ذوب سنگ خاتمه مى يابد(البته اين مرز کاملاً‌نسبى است. زيرا نمى توان درجات گرما وفشار وارد بر سنگ در چنين محدوده هايى مشخص کرد.)
گاهى تغييرات سنگ اندک است، ودگرگون شدگى ضعيفى اتفاق مى افتد ولى گاهى تغييرات چنان شديد است که تشخيص سنگ اوليه غير ممکن خواهد بود.در دگرگونى درجات شديد، سطح لايه بندى رسوبات آثار موجود زنده (فسيلها)وحفره هاى موجود در سنگ مادر به کلى از بين مى رود وگاهى هم کانيهاى جديدى در آن بوجود مى آيد که با شرايط جديد سازگارترند.

عوامل دگرگونی

عوامل دگرگون ساز شامل گرما،فشار وسيالاتى مانند آب است که از لحاظ شيميايى فعالند

نقش گرما- وقتى سنگها در معرض گرماى زياد قرار گيرند تغييراتى در آنها بروز مى کند وبه سنگ هاى دگرگون شده مبدل مى شوند،اصولاً افزايش دما موجب:
الف- تحرک مواد سيال سنگ مى شود.
ب- بروز واکنش هاى دگرگونى(همانند واکنش هاى شيميايى) مى شود که بسيارى از آنها در دماى بالا اتفاق مى افتند.
سنگ ها در درون زمين به علت گرمايى که دريافت مى کنند انبساط حاصل کرده ،انعطاف پذير مى شوند وحالتى شبيه خمير به خود مى گيرند وحتى ممکن است به آرامى جريان پيدا کنند.
اصولاً دگرگونى در درجات شديد بيشتر نتيجه افزايش دما است تا فشار.

نقش فشار- فشار نيز مانند گرما با افزايش عمق زمين زياد مى شود.سنگهاى درون زمين ،تحت فشار وزن طبقات رويى خود قرار دارند. در اين حالت سنگ تحت تاثير فشار همه جانبه يا محصور کننده(مانند فشار هوا)قرار دارد و نيروهاى وارد بر آن ،از تمام جهات يکسان است .نتيجه اين عمل ،متراکم شدن جسم وتبلور کانيهاى با وزن حجمى زيادتر است.

در سنگ هاى دگرگون شده،تاثير فشار جهت دار،با جهت يافتگى در کانى هاى سنگ مشخص مى شود.چنانکه کانى هاى ورقه اى (ميکاها)،موازى هم وعمود بر جهت فشار قرار مى گيرند....، سنگ منظره لايه لايه ظريفى پيدا مى کند.


نقش سيالات- سيالات فعال و بويژه آب که داراى يون هاى محلول باشند،در فرآيندهاى دگرگونى تاثير مهمى دارند.آب، در منافذ وشکاف هاى ريز سنگ وجود دارد. ضمناً با افزايش دما ،آب از کانيهاى آبدار خارج شده ومى تواند به انجام واکنش هاى شيميايى کمک کند.يکى از مهمترين نقش هاى آب (ياسيالات) ، جدا کردن بعضى از يونهاى فلزى از ساختمان کانى وبر جاگذاشتن يونهايى است که به حالت محلول در ترکيب سيال وجود دارند.به اين ترتيب سيالات با نقش کاتاليزورى خود بدون آنکه حالت جامد سنگ دستخوش تغيير شود ترکيب کانيها را عوض مى کنند.
به جز آب ،دى اکسيدکربن،اکسيژن، گوگرد و اسيدها هم در دگرگون کردن سنگها نقش دارند.

[Dr Ernesto]

اقسام دگرگونى


دگرگونى را مى توان بر حسب اهميت هر يک از عوامل دگرگون ساز،شکل وپراکندگى آنها طبقه بندى کرد.


1-دگرگونى مجاورتى

هر سنگى که در تماس با گرماى زياد حاصل از توقف ماگما در زير زمين قرار داشته باشد دگرگون مى شود. اين نوع دگرگونى ،محصول مستقيم گرماى ماگما يا سيالات فعال در حال چرخش است .پس فشار،در پيدايش اين نوع دگرگونى،نقش مهمى ندارند.

با توجه به اينکه سنگها گرما را به خوبى هدايت نمى کنند، هر چه سنگها از ماگما دورتر باشند،کمتر تحت تاثير دماى آن قرار مى گيرند.ضمناً مقدار آب موجود در ساختار سنگهاى دگرگون شده از اين طريق راگاهى به عنوان مقياس ميزان نزديکى به ماگما در نظر مى گيرند،زيرا هر چه سنگ به ماگما نزديکتر باشد، مقدار آب زيادترى را از دست مى دهد.
محدوده دگرگونى مجاورتى(هاله دگرگونى) ممکن است فقط چند سانتى متر در اطراف دايک ها وسيل ها،تا چند صد متر در اطراف باتوليت هاى بزرگ باشد(مانند تاثير توده گرانيتى کوه الوند در همدان، بر سنگ هاى اطراف خود)

2-دگرگونى ناحيه اى

اين نوع دگرگونى ،بر خلاف دگرگونى مجاورتى که تاثيرى محلى دارد،ممکن است برسنگ هاى منطقه اى به وسعت چندين هزار کيلومتر مربع اثر بگذارد.مناطق دگرگونى مهم زمين در روى قاره ها ،حاصل اين نوع است. دگرگونى ناحيه اى به دو صورت دفنى وحرکتى – حرارتى اتفاق مى افتد.

3- دگرگونى دفنى

زمانى رخ مى دهد که سنگها در زير لايه اى به قطر بيشتر از 10 کيلومتر رسوب يا سنگ قرار بگيرند.در اين اعماق تاثير توام فشار وگرماى درونى زمين باعث تبلور مجدد کانيهاى موجود در سنگ مى شود.به سبب آنکه در اين ميان هيچگونه فشار جهت دارى در کار نيست،سنگهاى حاصل از دگرگونى دفنى ،بدون لايه اند .


4- دگرگونى حرکتى- حرارتى

مربوط به نقاطى است که سنگ ها در ميان دو نيروى جانبى که باعث ايجاد چين خوردگيها ورشته کوهها مى شود،به دام افتادند.در اين حال،فشارى جهت دار بر سنگ ها وارد مى آيد وبه اصطلاح سنگ به جريان مى افتد.در نتيجه ،بعضى از آن سنگها به بالا وبعضى به پايين حرکت مى کنندوسنگهايى که به اعماق بيشتر بروند،با فشار وگرماى زيادى روبرو خواهند بود.اين قبيل سنگها با تحمل فشار،حالت لايه دار به خود مى گيرند.


5- دگرگونى گرمابى(هيدروترمال)

اين نوع دگرگونى حاصل تاثير آب بسيار داغ بر سنگها وايجاد تغييراتى شيميايى در آنهاست.منشاء آبى که ايجادکننده تغيير در سنگهاست،ممکن است از ماگما ،نفوذ آب هاى زيرزمينى به اعماق زياد وداغ شدن در اثر مجاورت با سنگهاى عمقى،يا آبى باشد که در بستر اقيانوس نفوذ مى کندوبه ماگماى داغ نزديک مى شود. در هر صورت، آب در چنين اعماقى بسيار داغ مى شود(تا 400 درجه) وسپس ، به صورت بخار در مى آيد ودر حين بالا آمدن ،مى تواند در ميان سنگهاى بين راه نفوذ کند وباعث حل کردن بعضى از مواد، يا دگرسانى کانيهايى از قبيل اليوين و پيروکسن شود وآنها را به سرپانتين مبدل کند.

[Dr Ernesto]

تغيير در بافت

چون سنگهاى دگرگون شده از تغيير شکل سنگ هاى ديگر(آذرين ،رسوبى ودگرگونى)به وجود مى آيند،بافت اين سنگهاى قديمى دستخوش تغيير مى شود،يعنى شکل،اندازه دانه ورابطه بين دانه هاى مجاور تغيير مى کند.همچنين، به علت تاثير فشار جهت دار، ممکن است کانيها جهت يافتگى پيدا کنند.

الف- اندازه دانه ها

ب- شکل دانه ها

تغيير در کانيها
در طى دگرگونى ممکن است کانيهاى سازنده سنگ به صورت هاى مختلف تغيير کند:
1- کانيهاى بدون تغيير ترکيب شيميايى رشد مى کنند،مانند رشد بلورهاى کوارتز در سنگ.
2- کانيها بدون آنکه ترکيب آنها تغيير کند بر اثر شدت درجات دگرگونى به کانى ديگر تبديل مى شوند،مثلاً‌گرافيت (معرف درجات ضعيف)به الماس (معرف درجات شديد دگرگونى)تبديل مى شود.
3- کانيها با هم واکنش مى کنند که نتيجه آن تشکيل يک کانى جديد است.مثلاً از ترکيب کلسيت(CaCO3) وکوارتز(SiO2) کانى دگرگونى بنام ولاستونيت(Wollastonite)که خود نوعى پيروکسن است به وجود مى آيد.
4- آب ويا سيالات به ترکيب کانى وارد و يا از آنها خارج شود. تجزيه فلدسپات ها توسط محلول هاى داغ (محلول هاى گرمايى)که نتيجه آن ايجاد کانيهاى آبدار است وايجاد سرپانتين از دگرسانى اليوين نمونه بارز آن است.

طبقه بندى



سنگهاى دگرگونى به دو گروه عمده زير تقسيم مى شوند:



1- داراى جهت يافتگى
از اين گروه سنگ لوح، شيست وگنيس را مى توان نام برد.

سنگ لوح(slate)- سنگى است که به آسانى به صورت ورقه هاى نازک متورق مى شود. رنگ آن خاکسترى يا سياه است. کانيهاى اين سنگ بسيار دانه ريز است وبا چشم قابل تشخيص نيست. فيليت نوعى سنگ لوح استوبه علت وفور ميکا در سطح شيستوزيته ،جلاى براق دارد که وسيله خوبى براى تشخيص آن است .اين سنگها از دگرگونى شيلها در درجات ضعيف به وجود مى آيند.

شيست- اين سنگ نيز از دگرگونى شيلها بوجود مى آيد ولى درجه دگرگونى آن شديدتر از سنگ لوح است.کانى اساسى آن ميکاست .

گنيس(Gnesis)- سنگ دگرگون شده اى است که معمولاً از دگرگونى گرانيت ها وماسه سنگ هاى فلدسپات دار به وجود مى آيد. کانيهاى اصلى آن همان انواعى است که در گرانيت يافت مى شود

2-فاقد جهت يافتگى

از اين گروه مرمر، کوارتزيت وهورنفلس را مى توان نام برد. مرمر سنگ آهک دگرگون شده است. در اين سنگ ها بلورهاى ريز کلسيت ،مجدداً‌ متبلور شده، وبصورت بلورهاى دانه درشت تر در آمده اند. رگه هاى موجود در سنگ مرمر مربوط به ناخالصى ها در سنگ آهک اوليه است. به علت اينکه ،مرمر عموماً از يک نوع کانى(کلسيت يا دولوميت)تشکيل يافته،فاقد جهت يافتگى مشخص است و غالباً منظره دانه قندى دارد.





کوارتزيت- ماسه سنگ دگرگون شده است.

هورنفلس(Hornfels)- از دگرگونى مجاورتى سنگهايى مانند شيلها ويا شيست ها به وجود مى آيند.

[Dr Ernesto]

درجات دگرگونى وکانيهاى شاخص



از آنجا که مشاهده مستقيم محيطى که فرايند دگرگونى به طور طبيعى در آن رخ مى دهد ممکن نيست، زمين شناسان در محيط آزمايشگاه ،کانيها را در معرض فشارها وگرماى زياد در حال ازدياد قرار مى دهند. همچنين،‌مى توان در آزمايشگاه ترکيبات شيميايى موجود در سنگ هاى معمولى را درجات مختلف فشار هوا وگرما قرار دارد. در اين حال معلوم مى شود کدام کانيها مى توانند در دما وفشارهاى معين وکنترل شده اى شکل بگيرند. با اين آزمايش ها معلوم شده است که هر سنگ دگرگون شده اى داراى درجه معينى ار دگرگونى است واز اين راه ،ميزان تغيير نسبت به سنگ اوليه معلوم مى شودکدام کانيها مى توانند در دما وفشارهاى معين وکنترل شده اى شکل بگيرند.

دگرگونى ومنابع طبيعى



بر اثر فرآيندهاى دگرگونى منابع طبيعى با ارزشى به وجود مى آيد اين منابع در درجات متفاوت دگرگونى حاصل مى شوند.

سنگهاى دگرگون شده معمولاً محکم وبا دوام اند ،زيرا گرما وفشار فضاهاى بين دانه هاى آنها را از ميان برده وبر تراکم آنها افزوده شده است. واکنشهاى دگرگون کننده، کانيهاى ناپايدار را با کانيهاى پايدارتر عوض مى کنند وتبلور مجدد،پيوند ميان دانه هاى رسوبى وسيمان بين آنها را مستحکم مى سازد .به همين سبب است که سنگ هاى دگرگون شده درنماى بيرونى ساختمانها، سدها وپل ها استغاده مى کنند.
بعضى از سنگهاى دگرگون شده،به خاطر ظاهر زيباى خود با ارزش شده اند. سرپانتى نيت يکى از اين سنگهاست.مرمر هم همواره ازجمله سنگ هاى مورد توجه مجسمه سازان بوده است. مرمر خالص، سفيد است وبا کمى ناخالصى به رنگ هاى متنوعى در مى آيد.اين شکلها به علت استحکام خود ومنظره زيبا به عنوان سنگ هاى تزئينى استخراج مى شوند.
گاهى نيز سنگ هاى دگرگون شده ،منابع فلزى پرارزشى را در بر دارند که مس ،نيکل، روى، سرب، آهن وطلا نمونه هايى از آنها هستند.

[Dr Ernesto]

دگرگونى ومنابع طبيعى


بر اثر فرآيندهاى دگرگونى منابع طبيعى با ارزشى به وجود مى آيد اين منابع در درجات متفاوت دگرگونى حاصل مى شوند.

سنگهاى دگرگون شده معمولاً محکم وبا دوام اند ،زيرا گرما وفشار فضاهاى بين دانه هاى آنها را از ميان برده وبر تراکم آنها افزوده شده است. واکنشهاى دگرگون کننده، کانيهاى ناپايدار را با کانيهاى پايدارتر عوض مى کنند وتبلور مجدد،پيوند ميان دانه هاى رسوبى وسيمان بين آنها را مستحکم مى سازد .به همين سبب است که سنگ هاى دگرگون شده درنماى بيرونى ساختمانها، سدها وپل ها استغاده مى کنند.

بعضى از سنگهاى دگرگون شده،به خاطر ظاهر زيباى خود با ارزش شده اند. سرپانتى نيت يکى از اين سنگهاست.مرمر هم همواره ازجمله سنگ هاى مورد توجه مجسمه سازان بوده است. مرمر خالص، سفيد است وبا کمى ناخالصى به رنگ هاى متنوعى در مى آيد.اين شکلها به علت استحکام خود ومنظره زيبا به عنوان سنگ هاى تزئينى استخراج مى شوند.
گاهى نيز سنگ هاى دگرگون شده ،منابع فلزى پرارزشى را در بر دارند که مس ،نيکل، روى، سرب، آهن وطلا نمونه هايى از آنها هستند.