METAMORFİK KAYAÇLAR

Bu sunu Yrd.Doç.Dr. T. Fikret SEZEN’in sunularından değiştirilerek hazırlanmıştır

Her kıtada, geniş yayılım gösteren, düz, nispeten engebesiz bölgelerde yer alan, metamorfik (başkalaşım) kayaçlarla kaplı alanlar vardır. Bu bölgeler, “kalkan” (shield) olarak adlanırlar. Ayrıca, metamorfik kayaçlar, pek çok dağ kuşağının önemli bir bölümünü oluştururlar; dağların kristalen çekirdeğinin büyük bir kısmını teşkil ederler. Kıtaların durağan, sakin iç kesimlerindeki düzlükler, genellikle sedimanter kayaçlarla örtülüdür; altta ise metamorfik temel kayaçlar yer alırlar. Tüm bu metamorfik kayaç birliklerinin içerisinde, genelde çok deforme olmuş bir yapı mevcuttur; bunlar, magmatik kayaç kütleleri tarafından kesilmişlerdir.

Metamorfik kayaçlar, yerkabuğu içerisindeki jeolojik olaylar hakkında önemli ipuçları verirler. Yüzeyde veya yüzeye yakın ortamlarda yer alan sedimanter ve bazı yüzey magmatik kayaçların aksine; metamorfizma daima, bizim doğrudan gözlemleyemediğimiz yerin derinliklerinde gelişir. Yerbilimciler, gelişen tekniklerle bu metamorfik kayaç oluşumları ile ilgili bilgileri elde ederler.

Kanada

kalkanı

Grönland

kalkanı

Brezilya

kalkanı

Baltık

kalkanı

Afrika

kalkanı

Hindistan

kalkanı

Avusturalya

kalkanı

Angara

kalkanı

Genç dağ kuşakları (100 milyon yıldan genç)

Yaşlı dağ kuşakları

Kalkanlar

Orinoco

kalkanı

Dünyadaki metamorfik alanlar

Metamorfizma

Metamorfizma, önceden var olan kayaçların (magmatik, sedimanter ve/veya metamorfik kayaçlar) sıcaklık, basınç ve kimyasal açıdan aktif sıvıların etkisi ile değişime uğramalarıdır. Metamorfik kayaçlar; magmatik, sedimanter ve diğer metamorfik kayaçlardan, metamorfizma ile oluşabilirler. Şekil değişikliği anlamına gelen metamorfik süreçler sırasında, önceden var olan kayacın mineralojik bileşiminde değişiklik meydana gelir. Örneğin, düşük dereceli metamorfizma altında, bol bulunan sedimanter kayaçlardan olan şeyl, metamorfizmaya uğrayınca “sleyt“ adını alır. Sleyt, şeyl’e göre daha tıkızdır; bazen, el örneğinde her ikisini birbirinden ayırt edebilmek zordur. Yüksek dereceli metamorfizmada ise, tabaka yüzeyleri, fosiller ve gözenekler gibi pek çok özellik, ana kayacın tamamen değişmesi ile yok olabilirler. Bundan başka, derinlerde yönlü basınç etkisindeki kayaçlar, sünümlü akma ve bantları içeren karışık kıvrımlı bir görünüm sunarlar. En yüksek metamorfizma koşullarında sıcaklıklar, kayaçları ergime noktasına kadar getirebilirler. Ancak, metamorfizma sırasında, deforme olan kayaç katı halde kalmalıdır; bu sırada kayaç, yumuşayabilir; bu da magmatik açıdan aktif kesimlere girildiğinin işaretidir.

Önceden var olan kayaç, metamorfizma etkisi ile, ilk oluştuğu koşullarından farklı ortam şartlarının egemen olduğu bir konumdadır. Bu yeni konumunda kayaç, duraylılığını yitirmeye başlar; yeni ortamda (metamorfik ortam) denge durumuna ulaşana dek, kayaç, dereceli olarak değişir. Kayaçtaki değişiklikler, yeryüzünün birkaç km. altından, kabuk-manto sınırına kadar uzanan kesimdeki sıcaklık ve basınç değişiklikleri ile oluşur.

Kontakt (dokunak) metamorfizma

Bölgesel (rejyonal) metamorfizma

The metamorphic core of the Himalaya and Karakoram

A collaboration with M. P. Searle and external co-workers involving several graduate students

Dinamik (dislokasyon, kataklastik) metamorfizma

Hidrotermal metamorfizma

Okyanus tabanında hidrotermal kaynaklar hidrotermal Altın damarları

Gömülme metamorfizması

Çarpma (şok) metamorfizması

Evren Çukuru’nun kısmi görüntüsü

1. “Evren Çukuru”, Kayseri ili-Develi İlçesinin 40 km doğusunda, Kale Köyü sınırları

içinde yer almaktadır. Dairesel yapılı kraterin çapı 80 m, çevresi 251 m, kapladığı

yüzey alanı 5024 m2 ve bir kesikli koni yaklaşımı ile hacmi 301440 m3’dür

2. Doğubeyazıt “Meteor Çukuru” Ağrı ili sınırlarında, Gürbulak Sınır Kapısı

yakınlarında bulunmaktadır. Jeolojik olarak bazaltik bir yapı içinde yaralan kraterin

çapı yaklaşık 30-35 m’dir Kraterin kayıtlarda, 1892 yılında bir göktaşının düşmesi ile

oluştuğu yazmaktaysa da bu bilgilerin doğruluğu tartışmalıdır. Zaman içinde

dolduğu düşünülen çukurun şu anki derinliği yaklaşık 30 metredir

3. “Kartal Çukuru”, Malatya, Darende ilçesinden 40 km KD’da Akbaba Dağı yakınında

bulunmaktadır. Yapılan topografik ölçülerle çukurun çapının 270 metre ve

derinliğinin yaklaşık 30 metre olduğu belirlenmiştir.

Türkiye’deki bazı meteor çarpma kraterleri

Metamorfizma Faktörleri Sıcaklık, basınç ve kimyasal açıdan aktif sıvılar, metamorfizma sırasında, birlikte etkilidir. Ancak, metamorfizma derecesine ve bir ortamdan diğerine göre değişen şartlar nedeniyle etkileri farklı farklı büyüklüktedir. Düşük dereceli metamorfizmada kayaçlar, çok düşük orandaki sıcaklık ve basınca maruz kalırlar; sedimanter kayaçlardaki lithifikasyon işleminden biraz daha fazla etkilenirler. Yüksek dereceli metamorfizmada ise kayaç, aşırı metamorfik koşullarda, ergimeye kadar varabilen değişimlere uğrar. Bir kayacın mineralojik bileşiminden kaynaklanan duraylılığı, kararlılığı, metamorfizma faktörlerinin etkileme derecesine yansır. Örneğin, magmatik bir kütle, yerkabuğunu oluşturan bir kayaç grubuna sokulum yapar; sıcak ve iyonca zengin sıvılar, ana kayaç grubunun içinde yayılır iletilirse; ana kayaç da kuvars kumtaşı ise, bu kayaçlarda çok az değişim gözlenebilir. Diğer taraftan, ana kayaç kireçtaşı ise, ilgili bu sıvıların etkisi çok daha fazla olur; metamorfizmanın etkileri, magmatik kütleden birkaç km. uzağa kadar, ana kayaç grubu içerisinde etkili olabilir.

Sıcaklık

En önemli metamorfizma faktörüdür. Minerallerin tekrar kristallenmeleri (rekristalizasyon) için gerekli enerjiyi sağlar. Yerkabuğunda, yüzeyde oluşmuş kayaçlar, sonradan derinlere gömülürlerse, aşırı sıcaklık etkisinde kalırlar. Jeotermal gradyan denilen olayda, derinlik artışı ile yükselen sıcaklık söz konusudur. Bu sıcaklık artışı, yerkabuğunun üst kesimlerinde, her bir km. için 20-30 ‘C civarındadır. Birbirine yaklaşan plaka sınırlarındaki (konverjan) çok derinlere taşınan kayaçlar, henüz birkaç km. derine gömüldüklerinde, kil gibi bir kısım mineraller duraysız hale geçip (muskovit mineralleri gibi) rekristalizasyon başlar. Diğer mineraller ise kristalen kayaç içerisinde, yükselen sıcaklık ve basınç altında nispeten duraylıdırlar. Böylece, gerçekleşecek olan gömülme, 20 km. civarına varmadan önce, metamorfizma oluşacaktır.

Basınç

Basınç da sıcaklık gibi derinlikle artar. Gömülen

kayaçlar, üzerlerindeki yükten kaynaklanan kuvvet veya

basınç (stres)’tan etkilenirler. Dağ oluşum hareketleri

sırasında basınçlar, kayaçları etkiler. Bu yönlü kuvvetler,

bir kayaç kütlesini sıkıştırır ve boyutunu küçültmeye

çabalar. Bazı metamorfizma ortamlarındaki basınçlar,

genişleme ve uzatma veya çekip ayırma etkisi gösterebilir.

Yönlü basınçlar, bir kayaçta, “makaslama“ (shear)

meydana getirirler. Yüzeye yakın ortamlardaki makaslama

sonucu, nispeten gevrek kayaçlar kırılır; gelişen yüzeyler,

kuvvetlerin etkisi ile birbirine göre, üzerlerinden kayarlar.

Bu kırılan, parçalanan kayaç kısımları, orijinal mineral

tanelerinin küçük parçalara ayrılması ile oluşmuşlardır.

Eski konumundan ayrılıp, daha derinlere taşınan kayaç,

eskisine göre daha sıcak ve plastik özellik sunar. Bu

yüzden, makaslama etkisi ile karmaşık kıvrımlanma ve

akma yapıları içeren bir görünüm alırlar.

Basınç etkisi tane uzaması

Foliasyon mikaşist incekesit

Makaslama etkisi kataklastik

Levha şekilli biyotit

Levha şekilli muskovit

Çubuk şekilli hornblend

Kimyasal açıdan aktif sıvılar

Kimyasal açıdan aktif çözeltiler, genellikle içlerinde iyon bulunan sulardan oluşurlar. Bu çözeltiler, metamorfizmanın işlevini arttırırlar. Bazı sular, kayaçların gözeneklerinde yer alırlar. Ayrıca, pek çok mineral hidratlıdır; yani, kristal yapılarında su bulundururlar. Kayacın derinlere gömülmesi sırasında, bu gibi minerallerin kristal yapılarındaki su, kuvvet etkisi ile dışarı atılır; bu olay da kimyasal reaksiyonların oluşmasına yardım eder. Daha sonra da, sıcaklık etkisi ile, minerallerden açığa çıkan su, dehitratasyona uğrar.

Kristallerin çevresindeki su, iyon göçüne yardım eden bir katalizör gibi davranır. Sonuçta, daha kararlı, duraylı mineral rekristalizasyonu görülür. Bazen de, mineraller arası iyon transferi sonucu, tamamen yeni mineraller oluşabilir. Ayrıca, sıcaklık ve minerallerce zengin suların etkisiyle kayaç, tamamen değişebilir. Okyanus ortası sırtlar boyunca, hala sıcak bazaltik kayaçların içerisinde dolaşan deniz suyu, metamorfik minerallerin içindeki demir ve magnezyum’ca zengin olanlarını, serpantin ve talk gibi minerallere çevirirler.

Yapısal ve Mineralojik Değişiklikler Mika gibi bazı minerallerin kristalleri, yassı düz yapıda; hornblend gibi bazıları ise uzunlamasına yapıdadırlar. Bu tür mineraller, “tercihli yönlenme“ gösteren rekristaller halinde metamorfik kayaçlarda yer alabilirler. Bu minerallerdeki yeni gelişen yönlenmeler, esas olarak, basınç yönüne dik şekilde gelişecektir. Sonuçta, minerallerin dizilimi, kayaca bir tabakalanma veya bandlanma görünümü verir; buna “foliasyon“ denir. Foliasyon çeşitleri, ana kayacın mineralojisine ve metamorfizma şiddetine büyük ölçüde bağlıdır. Örneğin; şeyl, sleyt’e dönüşürken, yüzey koşullarında kararlı olan küçük mika pulları, yükselen sıcaklık ve basınç koşullarında da kararlı kalırlar; ama yükselen bu metamorfik şartlar karşısında, pulsu yüzeyleri yaklaşık paralel şekilde dizilmeye başlarlar. Sonuçta da oldukça düzgün, yassı mika tanelerine ait bu pullar boyunca kolaylıkla ayrılabilen sleyt oluşur. “Sleyt (arduvaz) klivajı“ (slayt cleavage) adı verilen bu özellik, minerallerin içerdiği diğer klivaj’dan farklıdır. Mika pullarının yönlenmesinden sonra sleyt, yapraklanma özelliği kazanır.

Sleyt içerisindeki mika mineralleri, çok küçük tanelidirler. Bu mineraller, yüksek sıcaklık-basınç koşullarında fazlaca büyüyeceklerdir; kayaç, fillit olarak adlanacaktır. Metamorfizma koşullarının daha da yükselmesi ile yaklaşık 1 cm. çapına ulaşan bu mika kristalleri, ilgili kayaca pulsu bir görünüm kazandıracaktır. Foliasyonun bu çeşidi, “şistozite“ (schistosity) adını alır. Bu yapıdaki bir kayaç da “şist“ (schist) olarak tanımlanır. Pek çok şist çeşidi vardır; bu kayacın içerdiği minerallere göre isimlendirilirler. En bol bulunan, mika şist’lerdir. Mika şistler, muskovit ve/veya biyotit minerallerine ek olarak diğer minerallerden de içerirler.

Yüksek dereceli metamorfizmadaki iyon göçleri, çok fazla mineralin ayrılmasına ve yeni minerallerin oluşmasına olanak verirler. Metamorfizmaya uğramış kayaçtaki koyu ve açık renkli silikat mineralleri ayrılarak, kayaca bantlı bir görünüm kazandırırlar. Bu yapıya sahip metamorfik kayaçlara “gnays“ (gneiss) adı verilir. Gnays, daha çok granit veya diyoritin; bazen gabronun metamorfizması ile oluşur. Bazen de şeyl’in yüksek dereceli metamorfizması sonucu oluşurlar. Gnays, bantlı yapı içermesine rağmen; sleyt ve şist kadar kolay ayrılabilen yapraklanma sunmaz. Çünkü, yüksek sıcaklık-yüksek basınç koşullarında mikalar, duraylılıklarını nispeten yitirirler ve bileşiklerindeki elementler yeni ortamda daha kararlı metamorfik mineralleri oluştururlar.

Bütün metamorfitler de, foliasyon-yapraklanmaya sahip değillerdir. Eş boyutlu kristallerden oluşmuş, sadece bir mineral türü içeren metamorfik kayaçlar (monomineralik), bir kural olarak foliasyon göstermezler. Örneğin, ince taneli, metamorfize olmuş kireçtaşı, “mermer“ adını alır ki foliasyon içermez.

Metamorfizma dereceleri

Metamorfizma ile yeni mineral oluşumu

Granat Vollastonit

Kayaç çevrimi içerisinde metamorfizma

Önemli Metamorfik Kayaçlar

Foliasyon içerenler

Sleyt (arduvaz): Küçük mika pullarından oluşan, ince taneli bir kayaçtır. En önemli özelliği, çok iyi klivaj içermesidir. Bu özelliğinden dolayı kiremit ve döşeme, yazı tahtası, bilardo masası yapımında kullanılır. Genelde, şeyl’in düşük dereceli metamorfizması ile oluşabildiği gibi, bazen volkanik küllerin metamorfizması ile de oluşabilir. Kayacın rengi, içerdiği minerallerin cinsine göre değişebilir. Siyah sleyt karbonlu organik malzeme; kırmızı sleyt demir oksit; yeşil sleyt genelde klorit minerali içerir. Sleyt içindeki mika gibi pulsu mineraller, demirce zengin silikatların metamorfizması ile şekillenirler. Sleyt, düşük dereceli metamorfizma ile oluştuğundan, ilksel kayaca ait tabaka yüzeyleri genelde korunurlar. Ancak, sleyt’te daha sonra gelişen klivaj düzlemleri, ilksel tabaka yüzeylerine aykırı şekilde bulunurlar.

Sleyt

Fillit: Bunlar, sleyt ve şist arası bir

metamorfizma derecesine sahiptir. Fillit’

teki pulsu mineraller; sleyt

içerisindekilerden daha büyüktür. Ancak,

bu pulsu mineralleri çıplak gözle

tanımlayabilmek çok zordur. Sleyte benzer;

ancak, cilamsı parlaklığı ile sleyt’ ten

kolayca ayrılabilir. Fillit, genelde klivaj

içerir ve bileşimini esas olarak ince taneli

kristalli muskovit ve klorit oluşturur.

Fillit

Şist: Bölgesel metamorfizma ile oluşmuş; iyi foliasyon içeren; kolayca yapraklanma veya yüzeylere ayrılabilen bir kayaçtır. Şist içerisindeki, pulsu ve uzun minerallerden olan muskovit, biyotit ve amfibol mineralleri, kayacın % 50’den fazlasını oluştururlar. Birçok şistin ilksel kayacını, şeyl oluşturur. Şistler, sleyt ve fillitlere göre daha şiddetli metamorfizma koşullarında oluşurlar. Eğer, ilksel kayaç silis’çe zengin ise, oluşan şist ince bantlı kuvars ve bazen feldspat mineralleri içerir. Bir metamorfik kayacın yapısını tanımlayan şist terimi, kayaçtaki mineral bileşimi ile birlikte kullanılır. Örneğin; şist, esas olarak muskovit ve biyotit’ten; daha az oranda kuvars ve feldspat minerallerinden oluşuyorsa “mika şist“ adını alır. Şist’te, granat, stavrolit ve sillimanit gibi tali mineraller yeterince varsa, “granat-mika şist“ gibi adlar alır. Grafit içeren bazı şistler, kurşun kalem v.s. yapımında kullanılır. Bazen şistler, büyük oranda klorit veya talk minerallerinden oluşabilir. O takdirde, “klorit şist“ ve “talk şist“ adını alırlar. Bazalt bileşimli magmatik kayaçlar, metamorfizmaya uğradıklarında, kloritşist ve talkşist oluşabilir.

Şist

Gnays: Bunlar, pulsu, yassı minerallerin aksine; daha çok uzunlamasına veya tanesel mineraller içerirler; bantlı yapı gösteririler. Gnayslarda yer alan en önemli mineraller, kuvars, potasyum ve sodyum feldspatlardır. Ayrıca, daha az oranda muskovit, biyotit ve hornblend de içerirler. Açık ve koyu renkli silikatların ayrı bantlar şeklinde gelişmesi, gnayslarda karakteristik bantlı yapıyı oluşturur. Böylece, gnayslar, ardışıklı beyaz veya kırmızımsı, feldispatca zengin zonlardan ve koyu renkli ferromagnezyumlu katmanlardan oluşan bantlar içerirler. Bu bantlı gnayslar, plastik haldeyken deformasyona uğrayıp, kıvrılmanmış yapılar şeklinde bir görünüm alırlar. Bazı gnayslar, içerdikleri pulsu mineral yüzeyleri boyunca kolay ayrılırlar; ancak, bu ayrılan yüzeyler düzensiz, girintili şekillidir. Gnayslar, granite benzer bileşime sahiptirler. Olasılıkla granitik veya onun eşdeğeri afanitik yapıdaki kayaçlardan türemişlerdir. Bazen, yüksek dereceli metamorfizma ile şeyl’den de oluşabilirler. Bu nedenle, şeyl-sleyt-fillit-şist-gnays sıralamasında en son gelişen kayaçtır. Gnays, şistler gibi, iri taneli granat ve stavrolit gibi tali metamorfik mineraller içerebilir.

Gnays kökensel olarak “ortognays” (plütonik kayaçlardan) ve “paragnays” (sedimanter kayaçlardan) olmak üzere ikiye de ayrılırlar.

Gnayslar ayrıca, koyu renkli minerallerden oluşan bazaltik bileşimli ilksel kayaçlardan da oluşabilir. Örneğin; amfibol minerali bakımından zengin bir kayaç, metamorfizma ile gnaysik bir yapı kazanırsa “amfibolit gnays” adını alır.

Gnays

Migmatit

Milonit

Önemli Metamorfik Kayaçlar

Foliasyon içermeyenler

Mermer: İlksel kayaç kireçtaşı veya dolomittir;

metamorfizma ile kaba, sert kristalin bir kayaç

olan mermere dönüşürler. El örneğinde, kabaca

kristalin kireçtaşını andırır. Saf mermer, beyaz

renkli ve esas olarak kalsit mineralinden oluşur.

Rengi ve 3 olan bağıl sertliği nedeniyle mermer,

rağbet edilen bir inşaat malzemesidir.

Kireçtaşının bileşimine bağlı olarak; oluşan

mermer pembe, gri, yeşil veya siyah olabilir.

Şeyller ile ara tabakalı kireçtaşları, mermere

dönüşünce, bantlı şekilde olabilecektir.

Metakonglomera

Mermer

Kuvarsit: Genelde kuvars kumtaşının metamorfizması ile oluşan kuvarsit, çok sert bir kayaçtır. Orta-yüksek metamorfizma koşullarında, kumtaşı içindeki kuvars taneleri kısmen eriyerek iyice kenetlenirler. Kristallenme sona erince, eğer kayaç kırılırsa, orijinal kuvars tanelerine aykırı olarak ayrılır; kuvars tanelerine uyumlu yüzeyler boyunca ayrılamaz. Bazı kuvarsitler içinde, çapraz tabaka gibi sedimanter yapılar korunmuştur; bu kuvarsite bantlı bir görünüm verir. Kuvarsit, tipik olarak beyaz renklidir. Ancak, demir oksit oluşumları bazen kayaca kırmızımsı veya pembemsi bir renk verebilir. Koyu renkli mineraller, kuvarsite gri bir renk de verebilir. Çok ender, yüksek metamorfizma koşullarında foliasyon da gelişebilir. Kuvarsit ayrıca, çört’ten de oluşabilir.

Kuvarsit

Hornfels: İnce tanelidir, foliasyon içermez. Sıcak ve akışkan magmanın, çevre kayaçta bulunan çatlak ve boşluklara girmesi sonucu, o kayacı sıcaklıkla başkalaştırması ile ilgilidir. Kontakt metamorfizma ile oluşan bu tür başkalaşım kayaçlarında, basınç etkili olmadığından yapraklanma gelişmez.

Ayrıca, düşük dereceli metamorfizma geçirmiş; ama ilksel yapı ve dokuları tanınır durumda olan magmatik ve sedimanter kayaçlara “meta“ ön eki getirilerek isim verilebilir. Örneğin; metabazalt, metadiyorit, metakumtaşı, metakonglomera, metakireçtaşı gibi.

Hornfels

Mineralojik değişim, cevherleşme