Lebih

Modul 8 – Metamorfisme dan Batuan Metamorfik - Geosains

Modul 8 – Metamorfisme dan Batuan Metamorfik - Geosains


Modul 8 – Metamorfisme dan Batuan Metamorf

ES10 - BUMI

Metamorfisme artinya berubah bentuk. Dalam pengertian ahli geologi, ini mengacu pada perubahan batuan (protolit) dalam keadaan padat (yaitu bukan dengan melelehkan batuan secara keseluruhan). Seseorang dapat melihat metamorfosis mirip dengan memasak. Bahan dicampur dan ditempatkan pada suhu (dan/atau tekanan) yang berbeda dan terjadi perubahan. Apa yang merupakan kumpulan goo, berubah menjadi kue yang indah!

Perubahan terjadi untuk menjaga kondisi keseimbangan dengan keadaan baru dari panas, tekanan, atau cairan. Dengan demikian, perubahan besar dalam salah satu dari tiga variabel lingkungan ini dapat mengakibatkan metamorfisme. Karena sabuk konveyor lempeng tektonik yang hebat, batuan dapat menghadapi berbagai kondisi lingkungan yang bergerak dalam tekanan, suhu, ruang fluida. Saat mereka pergi, mereka mungkin bermetamorfosis dan mungkin memiliki kisah untuk diceritakan di mana mereka berada.

Sidik jari metamorfisme adalah pertumbuhan mineral baru yang stabil pada kondisi PTF baru dan perubahan tekstur yang mencerminkan keadaan stres.

Suhu

Ada beberapa sumber energi panas yang mendorong metamorfisme. Jelas, ketika dan tubuh beku (sekitar 1200 derajat C) masuk ke batuan induk yang tidak curiga, zona kontak memanas secara signifikan. Hal ini menyebabkan pemanggangan batuan tetangga yang disebut metamorfisme kontak.

Suhu di bumi naik dengan kedalaman. Di dekat permukaan di kerak biasa, suhu naik sekitar 30 derajat per kilometer. Ini sebagian disebabkan oleh peluruhan radioaktif di dalam kerak bumi, tetapi juga berasal dari fakta bahwa Bumi masih sangat panas sejak pembentukan awalnya (ingat bahwa intinya sebagian besar adalah besi cair!). Jadi, jika batuan diambil dari permukaan "turun ke dalam tabung" baik dengan penguburan atau penyelaman hidung litosfer, mereka akan memanas dan bermetamorfosis.

Tekanan

Tekanan berubah dengan kedalaman di Bumi sebagai akibat dari peningkatan berat batuan di atasnya. Peningkatan tekanan mendorong mineral untuk membentuk fase yang lebih padat, misalnya batu bara berubah menjadi intan, dan tanah liat menjadi rubi. Tekanan juga mengubah keadaan stres. Kristal akan tumbuh atau berubah bentuk dengan retak atau mengalir sebagai respons terhadap perubahan tegangan dan menunjukkan keselarasan preferensial, atau bukti pemampatan yang mencerminkan dalam beberapa cara rezim tegangan dari lingkungan baru. Deformasi dekat zona patahan, misalnya, menghasilkan retakan dan penggilingan batuan dan disebut sebagai metamorfosis kataklastik, sedangkan deformasi jauh di dalam kerak terjadi lebih plastis di area yang luas menghasilkan metamorfisme regional.

Cairan

Perubahan kimia cairan di ruang pori batuan juga menyebabkan perubahan. Dalam bentuk suhu/tekanan terendah, perubahan ini disebut diagenesis , termasuk pelapukan yang dibahas dalam kuliah terakhir. Diagenesis biasanya tidak dianggap sebagai bagian dari metamorfisme meskipun perbedaannya cukup halus jika Anda bertanya kepada saya.

Salah satu penyebab umum dari perubahan kimia fluida adalah kedekatan dengan sesuatu yang panas - misalnya aktivitas gunung berapi. Panas menginduksi arus konveksi di cairan sekitarnya. Air panas bereaksi secara lokal dengan batu panas dan membawa beban materi terlarut (kaya logam dan belerang) dari daerah panas tinggi ke daerah dingin batu (atau air). Di sini, cairan cenderung "membuang beban". Bentuk metamorfisme ini dikenal sebagai alterasi hidrotermal dan merupakan cara sebagian besar badan bijih logam terbentuk. Ketika cairan super-muatan keluar dari kerak laut baru dan mencapai air 2C, mereka menjatuhkan muatannya dan membentuk apa yang dikenal sebagai perokok hitam . Banyak hewan (jika Anda bisa menyebutnya begitu) hidup dari barang-barang itu. Lihat ini:

Tekstur metamorf

Peningkatan tekanan menyebabkan pengurangan volume batuan dengan pemadatan pertama dan kemudian rekristalisasi mineral ke bentuk yang lebih padat. Pemadatan menghasilkan susunan butir yang lebih rapat. Ini dicontohkan oleh transformasi tanah liat menjadi batu tulis. Rekristalisasi melibatkan pertumbuhan mineral baru. Kimia massal tidak perlu berubah (kecuali cairan yang terlibat).

Jika tekanan lebih tinggi dalam satu arah dari yang lain, mineral akan cenderung untuk menyelaraskan diri sedemikian rupa sehingga bentuk kain tegak lurus terhadap sumbu ini. Kain planar dikenal sebagai foliasi sementara penyelarasan kristal menyebabkan garis.

Mika (yang berbentuk lempeng) akan tumbuh dengan lempengnya di sepanjang foliasi. Peningkatan metamorfisme menghasilkan berbagai jenis foliasi.

Dalam perjalanannya mengelilingi komidi putar tektonik, lempung akan berubah menjadi serpih selama diagenesis, kemudian berlanjut menjadi sabak. Pertumbuhan mika kemudian akan menyumbangkan karakteristik kemilau bulu persik dari filit. Ketika metamorfisme menjadi lebih intens, bentuk sekis. Sekis memiliki serpihan mika besar di dalamnya.

Di bawah metamorfisme yang paling intens, mineral memisahkan menjadi pita mineral terang dan gelap, karakteristik dari gneiss.

Jika batu mudah terbelah di sepanjang permukaan paralel yang halus, ia memiliki apa yang dikenal sebagai belahan patah.

Tidak semua batuan mengalami foliasi. Misalnya, metamorfosis kontak umumnya tidak menghasilkan batuan berfoliasi. Selain itu, batuan induk (protolit) yang cenderung menumbuhkan mineral yang tidak berlempeng atau memanjang, akan menghasilkan batuan metamorf yang tidak memiliki foliasi atau lineasi. Ini termasuk kuarsa, dan kalsit. Jadi batupasir membuat kuarsit masif dan batugamping membuat marmer, keduanya tidak berfoliasi kuat. Berikut adalah contoh tampilan marmer.

Tekstur porfiroblas

Porfiroblas adalah kristal yang lebih besar dalam matriks berbutir halus. Batuan metamorf akan menyandang nama porfiroblas dominan, mis. sekis garnit.

Perubahan mineral pada batuan metamorf

Perubahan kondisi menghasilkan transformasi fasa dari satu mineral ke mineral lainnya. Mineral menyatu atau mengubah struktur kristal. Mineral tertentu yang terbentuk merupakan karakteristik dari kondisi tekanan/suhu. Sangat berguna untuk menentukan kondisi PT adalah mineral indeks metamorf berikut:

Tingkat metamorf rendah (suhu dan tekanan rendah) - sekitar 200 derajat C
Batu tulis dan filit dicirikan oleh:

Batuan kelas metamorf menengah seperti sekis sering memiliki:

Kelas metamorf tinggi - 800 derajat C (hampir mencair), seperti gneiss dan migmatite memiliki fase tekanan tinggi suhu tinggi sillimanite.

Staurolit, kyanite dan sillimanite semuanya memiliki komposisi yang sama tetapi stabil pada kondisi PT yang berbeda (seperti grafit dan intan). Oleh karena itu kehadiran satu formulir tertentu mendokumentasikan kondisi PT. Gagasan yang lebih akurat tentang kondisi PT dapat diperoleh dengan mempertimbangkan seluruh rangkaian mineral. Menentukan sejarah PT dari urutan batuan menggambarkan perjalanan paket kerak tertentu naik dan turun lift tektonik.

Peran komposisi awal

Jelas, komposisi protolit memainkan peran kuat di mana mineral akan tumbuh. Jadi basal, granit dan batuan karbonat masing-masing berkembang menjadi kumpulan mineral metamorf yang berbeda yang akhirnya masing-masing menjadi amfibolit, gneiss atau marmer.

Pengaturan tektonik lempeng metamorfisme

Perhatikan Gambar 8.2 dalam buku ini. Metamorfisme hidrotermal terjadi di dekat pegunungan tengah laut yang didorong oleh panasnya aktivitas vulkanik di sana. Intrusi batuan beku mendorong terjadinya metamorfisme kontak dimanapun terjadi. Kedua jenis ini adalah metamorfosis dengan suhu tinggi dan tekanan rendah.

Sesar yang terkait dengan batas lempeng menciptakan metamorfisme kataklastik di kerak dangkal.

Cataclasis bergradasi menjadi mineral yang benar-benar hancur yang dicoret dalam karakteristik pita-pita milonit.

Akhirnya, penguburan sedimen di cekungan sedimen membawa batuan menuruni karakteristik jalan PT dari kerak, yang disebut panas bumi . Mereka menanggapi ini dengan mengembangkan fase mineral karakteristik dari metamorfosis penguburan. Mineral adalah panduan seberapa dalam dan panasnya sedimen.


Modul 8 – Metamorfisme dan Batuan Metamorf

Jenis Metamorfisme Meta

Jenis utama metamorfisme adalah kontak, regional, penguburan, dinamis dan metasomatik. Terjadinya mereka tergantung pada lingkungan geologi / tektonik di mana batu itu ada. Untuk alasan ini batuan dan mineral metamorf adalah perekam yang sangat baik dari sejarah tektonik Bumi. Berikut ini contoh kasarnya:

Hubungi Metamorfisme dicirikan oleh suhu tinggi, tekanan rendah kondisi, dan juga dikenal sebagai metamorfosis termal.

Hal ini disebabkan oleh kedekatan sumber panas dan karena itu terbatas pada zona kontak yang berdekatan dengan badan intrusif besar. Tingkat metamorfisme dibatasi oleh difusi panas melalui batuan dan permeabilitas batuan terhadap cairan. Saat metamorfisme menyelimuti intrusi batuan beku, zona metamorfisme disebut aureole metamorf.


Perbandingan metamorfisme kontak dengan tembikar


Sketsa Aureole Metamorfik

Jenis metamorfisme ini menghasilkan rekristalisasi tanpa arah pemanjangan mineral yang disukai, yaitu foliasi, menghasilkan batuan besar yang keras dari butiran yang menyatu dan saling mengunci. Batu itu disebut hornfels.


Hornfels

Setiap jenis batuan dapat ditanduk, namanya dapat dimodifikasi dengan adanya berbagai porfiroblas seperti garnet hornfels. Sebuah batu pasir kuarsa akan rekristalisasi menjadi kuarsit.


Kuarsit

Sebuah batu kapur murni akan mengkristal kembali menjadi marmer.

Rekristalisasi meningkatkan ukuran butir batuan, dan biasanya membentuk sambungan tiga kali antar butir.

Metamorfisme penguburan meluas ke area yang luas dan dihasilkan oleh tekanan dan suhu yang terlibat dengan penguburan batu atau sedimen yang dalam. Tidak ada tekanan terarah, jadi tidak ada pemanjangan mineral yang disukai. Hal ini gradasi untuk diagenesis dan umumnya didefinisikan sebagai awal ketika mineral baru pertama terbentuk dan mengkristal.

Metamorfisme regional dicirikan oleh kisaran suhu dan kondisi tekanan. Jenis metamorfisme ini disebabkan oleh peningkatan gradien panas bumi karena batuan terkubur dan tegangan diferensial dibuat karena tumbukan lempeng tektonik. Dengan demikian metamorfisme regional tersebar luas di zona tumbukan benua. Sebuah foliasi muncul di batuan karena rekristalisasi mineral (mika) dalam arah sejajar dengan arah stres paling sedikit. Karena perubahan gradien dan tekanan panas bumi akan menyebabkan reaksi mineral yang berbeda, adalah mungkin untuk mengamati serangkaian mineral yang berbeda dalam batuan metamorfosis regional. Mineral yang mencirikan kumpulan mineral metamorf tertentu disebut mineral indeks, garis yang menghubungkan kemunculan pertama mineral indeks pada peta disebut isograd.


Isograd di Appalacia Selatan

Indeks Mineral dan Tingkat Metamorfisme

Perkiraan
suhu Jarak

Metamorfik
Kelas

Mineral Indeks

Asosiasi Mineral Umum

650 o C

KELAS TINGGI

SILLIMANIT -->

Kuarsa, feldspar, biotit, muskovit, garnet

KYANIT

STAUROLIT -->

Kuarsa, biotit, muskovit

400 o C

KELAS MENENGAH

BATU DELIMA

BIOTIT -->

Kuarsa, muskovit

150 o C

Klorit

KELAS RENDAH

Fitur diagnostik utama dari batuan metamorf regional adalah perkembangan foliasi karena tekanan diferensial.

Ini kadang-kadang disebut metamorfosis zona patahan, metamorfisme kataklastik atau metamorfisme dislokasi dan dicirikan oleh suhu rendah dan tekanan tinggi. Jenis metamorfisme ini dihasilkan oleh kerusakan mekanis, bukan rekristalisasi. Ini adalah penghancuran dan penggilingan yang terjadi di zona patahan. Awalnya, hanya deformasi getas yang terlibat, tetapi berubah menjadi deformasi ulet dan geser di zona mylonite, di mana foliasi dapat berkembang.


Reaksi metamorf yang dibahas sejauh ini melibatkan komposisi kimia yang relatif tetap, selain dari devolatilisasi dan pelepasan air dan karbon dioksida. Hal ini karena cairan yang relatif sedikit dalam kaitannya dengan jumlah batuan, dan reaksi berlangsung lambat. Fluida menyediakan jalur untuk mobilisasi unsur-unsur dari satu mineral ke mineral lainnya, tetapi tidak menghilangkan cukup banyak unsur untuk mengubah komposisi batuan secara nyata. Di mana cairan berlimpah, bagaimanapun, ion dapat dihilangkan dalam larutan atau diendapkan dari larutan dan komposisi batuan berubah. Perubahan komposisi batuan seperti itu oleh pergerakan cairan dikenal sebagai metasomatisme. Proses metasomatik penting dalam pembentukan sejumlah deposit emas, tembaga, timbal dan seng.

Metasomatisme (juga disebut metamorfisme hidrotermal) umumnya dikaitkan dengan metamorfisme kontak, karena cairan dari pluton pendingin bergabung dengan arus konveksi air tanah dan melewati batuan yang berdekatan. Cairan panas ini (larutan hidrotermal) mampu membawa unsur-unsur seperti silikon, besi, mangan, tembaga, timah, seng atau emas dalam larutan. Unsur-unsur tersebut dapat diendapkan dari larutan metamorf jika fluida panas bertemu dengan batuan reaktif, seperti batugamping. Batu kapur sangat terpengaruh karena relatif berpori terhadap cairan.

Tanpa penambahan ion baru, batu kapur murni hanya akan mengkristal kembali menjadi marmer. Dengan penambahan elemen baru yang dibawa oleh fluida, mineral baru selain kalsit dapat mengkristal. Dekat dengan mineral intrusi seperti wollastonite, Ca-garnet (grossularite) dan Ca-pyroxene (diopside) mengkristal. Lebih jauh dari kontak, Ca-amphibole dan epidot mungkin muncul, diikuti oleh klorit dan serpentin, sebelum masuk ke batugamping yang tidak berubah. Batuan yang dihasilkan disebut skarn dan mungkin mengandung konsentrasi logam yang ekonomis.


Skarn - kontak marmer di tambang Groundhog, New Mexico.
Marmer yang dikelantang mengandung batang crinoid 0,1-1,0 cm. Skarn terdiri dari kristal 1-10 cm dari johansenitic pyroxene yang telah tumbuh dalam pita yang dipisahkan oleh kristalit dari serat pyroxene kecil. Mineral merah muda-merah pada kontak marmer adalah rhodonit. Koin di kanan bawah berdiameter sekitar 1 cm.


Vesuvianit yang mengandung emas dan skarn grossular, dekat Benambra, timur laut Victoria.
Endapan ini mengandung beberapa mineral fosfat dan vanadat sekunder yang eksotik.

Demikian pula, metamorfisme regional skala besar dapat menghasilkan produksi cairan metamorf dalam volume besar. Cairan ini mengeluarkan sejumlah besar elemen termasuk emas dari batuan metamorf. Cairan panas dipaksa untuk melakukan perjalanan ke bagian kerak yang lebih dingin dan lebih tinggi di mana emas dapat disimpan dalam urat kuarsa. Urat kuarsa yang mengandung emas di Victoria adalah contoh yang baik untuk migrasi cairan metamorf dan proses pengendapan.

Metasomatisme skala besar juga beroperasi di pegunungan tengah laut. Air laut menembus ke dalam lempeng divergen dan dipanaskan. Arus konveksi terbentuk, dan saat air laut yang dipanaskan naik (sebagai uap) ia mengubah batuan mantel ultrabasa. Olivin dan piroksen diubah menjadi serpentin, klorit, epidot, dan talk. Ini dikenal sebagai serpentinisasi.

Perkolasi air laut jauh ke dalam kerak, melarutkan tembaga, timbal dan seng dan unsur-unsur lain dari bebatuan. Saat cairan naik di sepanjang pegunungan di tengah laut, mereka keluar ke dalam gumpalan air laut yang kaya akan logam, yang dikenal sebagai perokok hitam . Perubahan suhu yang tiba-tiba menyebabkan logam mengendap dari cairan hidrotermal. Akibatnya dasar laut menjadi tertutup oleh cairan yang kaya akan logam.


  1. Kesetimbangan termodinamika padatan murni dan larutan padat
  2. Kisi-kisi petrogenetik dan fasies metamorf
  3. Ketidakseimbangan dan kinetika reaksi
  4. Gradien difusi dalam batuan dan suhu penutupan
  5. Jalur tekanan-suhu-waktu.
  6. Konteks tektonik untuk jalur P-T-t ini
  7. Teknik eksperimental
  8. Cairan
  9. Reaksi dan regangan berpasangan

Kursus ini bertujuan memberikan pengantar, dengan contoh dunia nyata, konsep utama dalam metamorfisme dan proses metamorf termasuk contoh praktik penelitian modern.

Hasil

Kemampuan untuk mengidentifikasi batuan metamorf yang berbeda di bagian tangan dan bagian tipis dan menempatkan kendala pada kondisi formasi P-T. Pemahaman tentang proses dinamis yang terlibat dalam metamorfisme tekanan tinggi dan umpan balik kompleks antara cairan, laju reaksi, dan regangan skala besar di lingkungan kerak yang lebih rendah. Pengetahuan tentang teknik eksperimental modern dan kemampuan untuk menilai secara kritis hasil eksperimen tersebut.

Sumber daya:

Semua Modul: Lihat daftar semua Modul yang berbeda di UCL Ilmu Bumi.

Bagaimana menerapkan: Semua yang perlu Anda ketahui tentang melamar gelar di Ilmu Bumi UCL


Tonton videonya: #4 Batuan Metamorf