سنگ شناسی دگرگونی

 

سنگهاي آذرين از انجماد ماگما با دماي بالا يعني بين ششصدتا هزارودویست درجه سانتي‌گراد بوجود می آید و رسوبات هم در شرايط عادي سطح زمين تشكيل شده و در طي فرآيند دياژنز به سنگهاي رسوبي تبديل مي‌شود. اين دو دسته سنگ در شرايطی كه به وجود آمده‌اند پايدارند، حال اگر اين سنگها در شرايط دمايي و فشاري حد واسطي قرار بگيرند كه مغاير با دماي تشكيل آنها باشد بسياري از كانيهاي آنها در اين شرايط تازه حالت تعادل خود را از دست داده و در آنها تغييراتي ايجاد مي‌شود كه اين تغييرات در حالت جامد بوقوع بپيوندد مي‌توان به آن نام دگرگوني داد.

 

 

با وجود اينكه در دياژنز رسوبات و يا حتي هوازدگي سنگها در سطح زمين و يا تبلور دوباره در حالت جامد كانيهاي جديدي بوجود مي‌آيد به اين دليل كه اين تغييرات در درجات حرارت كم انجام مي‌شود جزء فرآيندهاي دگرگوني به حساب نمي‌آيد.

 

تغييراتي كه در فرآيندهاي دگرگوني شاهد آن هستيم تغيير در ساخت و يا تغيير در نوع كانيها، پيدايش كانيها و ساخت جديد كه با از بين رفتن كانيهاي قبلي و پيدايش كانيهاي جديد و تبلور دوباره ايجاد شده است. حتي ما در اين فرآيند بر حذف كاني و يا مجموعه اي از كانيها را شاهد هستيم. اين تغييرات ممكن است بر روي سنگهاي رسوبي و يا سنگهاي آذرين و يا سنگهاي دگرگوني قبلي بوجود آيد. شاهد دگرگوني سنگهاي رسوبي در سنگهاي دگرگوني درجه پايين وجود فسيلهايي قابل تشخيص است.

 

در اصل دگرگوني پاسخي است كه هر سنگ در مقابل تغييرات فيزيكي و شيميايي از خودش نشان مي‌دهد و منجربه تبلور كانيهاي قديمي به دانه‌هاي جديد و يا پديدار شدن كانيهاي جديد و تخريب بعضي كانيهاي ديگر مي‌گردد.

 

با مطالعه سنگهاي دگرگوني، مي‌توان فرآيند دگرگوني را حد بين فرآيند دياژنزـ هوازدگي و ذوب قرار داد.

 

دگرگوني در نوع كاني و ساخت سنگها تغييراتي ايجاد مي‌كند و اين پديده با حذف برخي از كانيها و ظهور و پيدايش مجموعه‌اي از كانيهاي جدید و يا تبلور مجدد آنها همراه مي‌باشد.

 

انواع‌ دگرگوني

 

دگرگوني را مي‌توان بر اساس عوامل مؤثر برآن، ميزان و وسعت پراكندگي و يا شكل ظاهري توده‌ي دگرگون شده به گروههاي مختلفي تقسيم نمود. برخي از مهمترين انواع دگرگوني عبارتند از دگرگوني مجاورتي، دگرگوني ناحيه‌اي، دگرگوني ديناميكي يا حركتي، دگرگوني تدفيني، دگرگوني ناحيه‌اي، دگرگوني هيدرونرمال و دگرگوني در زير كف اقيانوسها. كه هر يك مشخصات و ويژگي‌هاي بافتي، سنگ شناسي و .... خاص خود را دارا مي‌باشند.

 

 

دگرگوني ناحيه‌اي يا عموميRegional Metamorphism

 

دگرگوني ناحيه‌اي با گسترش زياد (از چند صد متر تا هزاران كيلومتر) در نوارهاي كوهزايي و محل برخورد صفحات پوسته زمين به دو صورت  دفني و ديناميكي اتفاق مي‌افتد. در دگرگوني ناحيه‌اي ميزان دما گاه به هشتصددرجه سانتي‌گراد و مقدارفشار به دوهزار تا هزاربار مي‌رسد و گاهي ممكن است مدت زمان تأثير آنها به بيش ازده ميليون سال نيز برسد. اين نوع دگرگوني معمولاً با فعاليتهاي ماگمايي همراه است. شيست، فيليت، گنيس، واسليت از جمله معروف‌ترين سنگهاي حاصل از دگرگوني ناحيه‌اي هستند.

 

زون سنندج‌ـ سيرجان در ايران مثال بارزي از دگرگوني نوع ناحيه‌اي است.

 

دگرگوني ديناميكيCataclastic Metamorphism

بر اثر حركات تكتونيكي پوسته زمين و فشارهاي جهت‌داري كه منجربه ايجاد گسلهاي بزرگ، چين‌ها و وراندگي‌هاي مهم مي‌شود، در ساخت سنگهاي سطوح فوقاني پوسته تغييراتي ايجاد مي‌گردد. به طوري كه ساخت قديمي سنگ از بين رفته و ساخت جديدي در آن به وجود مي‌آيد. فشار جهت‌دار مؤثر در اين نوع دگرگوني سبب پيدايش شيستوزيته در سنگ مي‌شود كه بر اثر آن مي‌توان سنگ را به صورت ورقه‌هاي نازك از يكديگر جدا كرد.

ميلونيت يك نوع سنگ دگرگوني شده است كه در دگرگوني‌هاي ديناميكي به وجود مي‌آيد.

 

 دگرگوني اصابتي يا ضربه‌ايImpact or shock Metamorphism

بر اثر برخورد سنگهاي آسماني (متئوريتها) با سطح زمين و يا تحت تأثير انفجارهاي هسته‌اي در زيرزمين، سنگها دچار دگرگوني مي‌شوند. اگر سنگ آسماني كه با زمين برخورد كرده است بزرگ و سنگين باشد مي‌تواند تا محدوده‌ي نسبتاً وسيعي، سنگهاي اطراف خود را ذوب كرده و حتي مقدار كمي از آنها را به بخار تبديل نمايد.

 

در انفجارهاي زيرزميني نيز بر اثر تشعشعات ناشي از انفجارهاي هسته‌اي، بخشي از سنگها، در اطراف محل انفجار ذوب يا بخار مي‌گردند و پديده دگرگوني در آنها به وقوع مي‌پيوندد.

سنگهاي تشكيل شده بر اثر اين پديده داراي كاني‌هايي هستند كه فقط تحت فشار بسيار بالا تشكيل مي‌گيرد و اين موضوع اشاره به اهميت بسيار زياد فشار در اين نوع دگرگوني دارد.

 

 

دگرگوني هيدروترمالHydrothermal alteration

محلول‌ها و آبهاي نفوذي‌اي كه در حين نفوذ در درون زمين، بر اثر درجه زمين گرمابي و برخورد با منابع ماگمايي يا گرم و تبخير مي‌شوند، يا مواد سيالي كه هنگام انجماد توده هاي نفوذي از آن جدا گشته‌اند، از نظر فعل و انفعالات شيميايي بسيار فعالند و در حين بالا آمدن به آساني با سنگهاي محيط تركيب شده و آنها را حل مي‌نمايند و يا باعث تشكيل كانيهاي جديد و دگرگوني آنها مي‌گردند. به عنوان مثال بر اثر واكنش‌هاي بين محلول‌ها داغ با سنگهاي اليوين و پيروكسن‌دار، اين كاني‌ها به سرپانتين تبديل مي‌گردند.

 

دگرگوني زير كف اقيانوسهاocean-Floor Metamorphism

 

در اثر جانشيني كانيهاي سازنده بستر اقيانوس در نتيجه خروج بازالت از رشته كوههاي اقيانوسي، تحت تأثير فشار بسيار كم و دماي نسبتاً زياد سنگها دچار دگرگوني مي‌شوند. كه اين نوع دگرگوني به نام دگرگوني زيركف اقيانوسها خوانده مي‌شود.

 

دگرگوني ناحيه ‌وزني (تدفيني)Burial Metamorphism

 

زماني كه ضخامت زيادي از رسوبات يا سنگهاي آتش‌فشاني (قطر بيش ازده کیلومتر) بر روي هم انباشته مي‌شوند در اثر افزايش دما و فشار در اعماق زياد دگرگوني نوع تدفيني به وقوع مي‌پيوندد. در اين نوع دگرگوني مهمترين عامل فشار ناشي از ضخامت طبقات سنگي است و دما نقش چنداني ندارد(دما معمولاً كمتر ازچهارصدوپنجاه درجه سانتي‌گراد است) به دليل آنكه در اين دگرگوني هيچ‌گونه فشار جهت‌داري در كارنيست سنگهاي حاصل بدون لايه‌اند.

 

درجات دگرگونی

 

در واقع اصطلاحی است كه به منظور مشخص كردن شدت دگرگونی در يك منطقه بكار می‌رود.

 

دما و فشار معرف شرايط فيزيكی و دگرگونی و درجه دگرگونی معرف اثر آنها می‌باشد.

 

در دگرگونی، مجموعه‌های مختلف كانيهايی با تركيب شيميايی يكسان ولی در شرايط دمايی متفاوت به وجود مي‌آيد. و اين مجموعه‌های متفاوت نشانگر درجات دگرگونی از قبيل درجات ضعيف، متوسط و شديد می‌باشد. مثلاً در درجات دگرگونی ضعيف، مجموعه كانيها عمدتاً آبدار بوده و كانيهای كربناته نيز ديده می‌شود. ولي در مجموعه‌هاي درجات شديدتر آب و CO2 هم وجود دارد. هرقدر سنگ، درجات دگرگوني بيشتري را تحمل كند اندازه كاني درشت‌تر مي‌شود. چون در دماي زياد، انتشار مواد در حد بين دانه‌ها به سرعت بيشتري انجام مي‌شود.

 

 

سه روش در تعيين درجات دگرگوني بكار مي‌رود:

 

1) تعيين درجه دگرگوني بر حسب عمق

در اين روش پوسته زمين را به سه منطقه داراي عمق كم، عمق متوسط و عمق زياد تقسيم مي‌كنند:

 

الف) منطقه عمق كم: كه دما و فشار به ترتيب كم تا متوسط و كم است.

 

ب) منطقه عمق متوسط: كه دما و فشار از منطقه قبلي بيشتر است.

 

ج) منطقه عمق زياد: كه در آن هم دما و هم فشار بالا است.

 

(2  تعيين درجه دگرگوني بر حسب مناطق دگرگوني:

كه در آن به مناطق دگرگوني و حد مرزهاي آنها توجه مي‌شود.

 

3) تعيين درجه دگرگوني بر اساس رخساره‌اي دگرگوني:

در اين روش تعيين درجات دگرگوني به دليل تعدد رخساره‌ها و زير رخساره‌ها آسان نيست و تا حدي با استفاده از نمودارها و دياگرامهاي مختلف و مطالعات آزمايشگاهي و تحقيقاتي ممكن مي‌شود.

 

 

تغيير شكل كانيها در سنگهاي دگرگوني

در سنگهاي دگرگوني، تغيير شكلهاي مختلفي به وجود مي‌آيد. سنگي كه تحت تأثير دما و فشارهاي همه‌جانبه قرار بگيرد ممكن است به صورت‌هاي زير تغيير شكل دهد.

 

 

الف) در اثر فرآيندهاي فيزيكي جهت يافتگي اتفاق مي‌افتد.

 

اگر نيروي اعمال شده  در يك جهت و بيشتر از قدرت شكستگي باشد، دانه‌هاي بزرگتر به كوچكتر تبديل شده و بر روي سطوح لغزشي جابه‌جا مي‌شوند. و انتقال ماده و جهت يافتگي اتفاق مي‌افتد.

 

در اين فرآيند كانيهايي كه حالت صفحه‌اي دارد مانند ميكاها و يا آندسته كه حالت منشور مانند دارند مانند آمفيبولها در امتداد محور طويلشان جهت‌دار مي‌شود و به حالت موازي كنار يكديگر قرار بگيرند:

 

 

 

هر گاه استرس و فشار روي يك قسمت از يك سنگ داده شود كانيها در جهت جايي كه فشار كمتر است اجتماع مي‌كند و در آن قسمت رشد مي‌كنند. كه اين فرآيند يا به وسيله سيالاتي كه دانه‌ها را احاطه كرده‌اند، يا از طريق منتشر شدن از طريق منتشر خارجي دانه‌ها و يا انتقال درون شبكه تبلور آنها صورت خواهد گرفت.

 

رشد بلورها :

در محيطهايي كه پديده دگرگوني اتفاق مي‌افتد و انرژي حرارتي و شيميايي تغيير مي‌كند. باعث رشد بلورها در حالت جامد هم مي‌شوند كه اين فرآيند به صورت رشد كانيهاي قبلي و يا رشد كانيهاي جديد و تغيير در كانيهاي قديمي و ظهور اشكال جديد است.

 

 

 

 

عوامل‌ دگرگون ‌ساز

مهمترين عوامل فيزيكي فشار و درجه حرارت است كه باعث فعل‌انفعالاتي مانند چند شكلي (پلي‌مورفيسم ) تبلور دوباره و تبادل يوني مي‌شود. هر كاني در فشار و درجه حرارت معيني تشكيل مي‌گردد و اگر شرايط دما و فشار تغيير كند ناپايدار گشته و براي رسيدن به حالت تعادل با اين شرايط به كانيهاي ديگري تبديل      مي‌شود.

 

به غير از عوامل فيزيكي فوق مي‌توان به زمان، سيالات، آب، حتي مواد فرار گازها نيز اشاره نمود.

 

حال نگاهي كوتاه به تأثيرات اين عوامل در فرآيند دگرگوني مي‌اندازيم.

 

وقتي شرايط حالت بحراني داشته باشد سيال‌هاي گازي مثل مايعات عمل مي‌كنند. آنها در شكاف سنگها نفوذ كرده در آنها باقي مانده و بر سنگ تأثير مي‌گذارند. اين تأثيرات ممكن است كه يا به صورت جذب در سنگ تبادل يوني و يا دگرسان كردن سنگ و تجزيه آن جلوه كند.

 

حضور آب باعث سرعت در فرآيند تبلور دوباره بوده و حالت كاتاليزور در ‏فرآيندهاي دگرگوني دارد.

حتي اگر تمام شرايط مورد لزوم فراهم باشد زمان هم مثلاً كانيها در كنار برخي سيالهاي فعال در حالت تبادل باشند باز هم در اثر گذر زمان در اين سيستم بسته نيز به عنوان مثال حتي اگر شرايط دگرگوني ايجاد شده و فعل انفعالاتي چون دگرساني و يا تعادل يوني صورت مي‌گيرد همچين گذر زمان باعث آزاد شدن و ايجاد گازهايي چونCO2و H2O مي‌باشد كه فشار اين گازها خود عاملي براي ايجاد تركهايي در سنگ مي‌گردد.

 

بسته به عوامل مؤثر در دگرگوني درجات دگرگون شدن سنگها متفاوت است.

 

حال به شرح عوامل مي‌پردازيم:

فشار مؤثر در دگرگوني :

مي‌دانيم كه فشردگي هر جسم باعث كاهش حجم و در نتيجه كاهش فضاهاي خالي، خروج آب و تغيير در وضعيت قرارگيري كانيها مي‌شود.

 

اين فشارها انواع مختلفي دارد كه به ذكر آن اشاره مي‌كنيم.

 

الف) فشار همه جانبه : باعث متراكم شدن سنگها و در نتيجه تبلور مجدد آنها مي‌شود.

 

ب) فشار جهت دار : باعث بروز چين خوردگي و شكستگي شده و همچنين باعث جهت يافتگي كانيها در سنگها گرديده كه خود سبب  گسيختگي و شكستگي سنگ در امتداد، جهت يافتگي مي‌شود.

 

 

 

ج) فشار سيالات : مواد فرار موجود در بين منافذ يا شكافها هم‌ به نوبه‌ي خود فشاري را ايجاد مي‌كنند كه تأثير آنها را در دگرساني‌ها شاهديم.

علاوه بر موارد فوق مي‌دانيم كه فشار موجب انحلال بسياري از كانيها  مي‌گردد كه اين فرآيند را به اسامي متعددي چون جريانهاي تراوشي، انحلال بر اثر فشار، انتقال محلولها و غيره نامگذاري مي‌كند. و در طي اين فرآيند تغيير شكل ساختمان بلورين به وقوع مي‌پيوندد.

در دگرگوني فشار به صورت ليتواستاتيك يا فشار همه‌جانبه (مانند فشار طبقات سنگي) و فشار جهت‌دار (مانند نيروهاي تكتونيكي) عمل مي‌كند: از سوي ديگر مي‌دانيم كه فشار در جهت ازدياد عمق بالا مي‌رود. مثلاُ در عمق ده كيلومتري زمين فشار همه جانبه بين

دو هزارو ششصدتاسه هزارو دویست كيلوگرم بر سانتي‌‌مترمربع است. معمولاً در فرآيندهاي دگرگوني تأثير هر دو نوع فشار با هم ايجاد دگرگوني مي‌كند و هر كدام به تنهايي تأثير زيادي ندارند.

 

 

 

اثر فشار در فعل و انفعالات شيميايي :

 

ا) فشار موجب پايين آمدن نقطه ذوب كانيها مي‌گردد.

2) فشار علت اساسي نمو كانيها و طويل شدگي آنها است.

3)فشار باعث ايجاد كانيهاي سنگين‌تر بدون تغيير در تركيب شيميايي مي‌نمايد.

 

حرارت:

 

بسياري از واكنشهاي شيميايي در اثر بالا رفتن درجه حرارت شدت مي‌يابد. حرارت زمين بر حسب درجه زمين گرمايي در نواحي مختلف متغير مي‌باشد. مي‌دانيم كه درجه زمين گرمايي به ازاي هر كيلومترسی درجه افزايش مي‌يابد. ولي در مناطق مختلف اين تغيير دما متفاوت خواهد بود مثلاً در مناطق آتشفشاني در هر صد مترسی درجه افزايش دما خواهيم داشت.

 

 

 

منشاء حرارت در زمين:

 

1) حرارت هسته مركزي زمين (حرارت زمين گرمايي)

2) حرارت حاصل از واكنش راديواكتيو

3) حرارت ناشي از فرآيندهاي تكتونيكي

 

 

 

4) حرارت حاصل از انجماد و تفريق تود‌ه‌هاي آذرين در پوسته زمين

شايد جالب باشد كه بدانيد جريان حرارتي در نقاط مختلف متفاوت است.

 

1) حرارت اقيانوسها بيشتر از قاره‌ها است.

 

 

2) محور برآمده اقيانوس‌ها جريان حرارتي بيشتري نسبت به ديگر نواحي اقيانوسها دارد.

 

3) در اعماق زياد زمين تفاوت دمايي بين قاره‌ها و اقيانوسها بشدت كاهش مي‌يابد.

سنگها در چند كيلومتري از سطح زمين داغ هستند. دماي آنها در نتيجه منجربه صرف انرژي است و اين انرژي در اثر تغييرات فشار و دما تأمين مي‌گردد.

 

سيالها :

 

براي اثبات نقش سيالات در دگرگوني مي‌توان به كانيهاي آبداري چون  ميكا و آمفيبول اشاره نمود كه تحت تأثير دگرگوني شديد هم آب خود را به طور كلي از دست نداده و به كانيهاي ديگر تبديل نشده‌اند پس سيالات آبداري در فرآيندهاي دگرگوني نقش دارند.

با توجه به وضعيت غيرعادي آب و با توجه به اينكه  هر چه فشار بالاتر برود نقطه جوش آب هم بالاتر مي‌رود، با بالا رفتن نقطه جوش آب تبديل آب به بخارآب توأم با تغيير حجم كمتري خواهد بود و اگر فشار وارد بر آب ازدویست وبیست كيلوگرم بر سانتي‌مترمربع تجاوز كند آب در هيچ دمايی به جوش نخواهد آمد. اين خصوصيت منحصر‌به‌فرد آب روي بافت و نوع سنگهاي دگرگوني تأثير مي‌گذارد.

 

منشاء سيالها :

 

1) آب جوي

 

 

2) آب ماگمايي

3) آب همزاد (آب فسيلي)

4) آب آزاد شده از كانيهاي در حين دگرگوني