Metamorfe bjergarter: definition og hvordan de dannes

Lær hvad metamorfe bjergarter er og hvordan de dannes — fra marmor til skifer: varme, tryk og omkrystallisering, der ændrer stenens mineraler og struktur.

En metamorf bjergart er en type bjergart, der er blevet ændret ved ekstrem varme og tryk. Dens navn kommer af "morph" (som betyder form) og "meta" (som betyder forandring).

Den oprindelige sten opvarmes (temperaturer på over 150 til 200 °C) og presses (1500 bar). Dette medfører dybtgående fysiske og/eller kemiske ændringer. Den oprindelige bjergart kan være en sedimentær bjergart, en magmatisk bjergart eller en anden ældre metamorf bjergart.

Der er altid større tryk og højere temperatur under jordens overflade. Ved roden af en bjergkæde eller en vulkan vil disse kræfter være nok til at ændre formen på lagene og de mineraler, de er lavet af. Sedimentære bjergarter, der har været i nærheden af sådanne kræfter, ser ofte ud, som om en kæmpe har vredet dem og opvarmet dem over et bål. Eksempler på metamorfe bjergarter:

• Marmor er en metamorf bjergart, der er dannet af kalksten.
• Skifer er en metamorfisk lersten eller skifer.
• Kvartsit er en metamorfisk sandsten.

Omkrystalliseringen af mineraler efter opvarmning medfører generelt, at eventuelle fossiler, som bjergarterne måtte have indeholdt, ødelægges. Disse bjergarter dannes, når magmatiske eller sedimentære bjergarter udsættes for ekstrem varme og tryk, hvorved de undergår en fuldstændig ændring af deres form og karakteristika. Sådanne formede bjergarter kaldes metamorfe bjergarter.

Hvordan dannes metamorfe bjergarter?

Metamorfose sker, når en bjergart udsættes for ændringer i temperatur, tryk og væskekemi uden at smelte helt. De vigtigste drivkræfter er:

• Øget temperatur — varme fra dybere jordlag eller nærhed til magmakamre ændrer mineralernes struktur og fremmer omkrystallisering. Lavgradig metamorfose begynder typisk ved omkring 150–200 °C, mens højgradig metamorfose kan nå flere hundrede grader (op til 600–800 °C afhængigt af forholdene).
• Øget tryk — både lithostatisk tryk (pga. dyb begravelse) og retningsbestemt tryk fra tektonisk kompression kan omarrangere mineraler og skabe lagdeling eller foliation. Den nævnte værdi 1500 bar svarer til ca. 150 MPa; metamorf tryk spænder fra nogle få MPa til flere hundrede MPa eller mere afhængig af dybde og geologiske forhold.
• Hydrotermale væsker — varme, kemisk aktive væsker kan transportere ioner ind og ud af stenen (metasomatose), hvilket ændrer mineralindholdet og fremmer dannelsen af nye mineraler.

Typer af metamorfose

• Kontaktmetamorfose — sker omkring magmakamre, hvor temperaturen stiger kraftigt lokalt; typisk lavt tryk og høj temperatur.
• Regional metamorfose — forekommer over store områder i forbindelse med bjergkædefoldning; både højt tryk og høj temperatur spiller ind og skaber ofte foliation.
• Hydrotermal metamorfose — domineres af varme væsker, som kan ændre mineralogien kraftigt uden nødvendigvis høje tryk eller temperaturer.

Tekstur og mineralforandringer

Under metamorfose bliver mineralerne ofte omkrystalliseret: små korn vokser til større korn, nye mineraler dannes (fx glimmer, granat, kyanit), og forekomsten af foliation eller båndning kan fremkomme, når pladeformede mineraler orienterer sig vinkelret på det største tryk. Forskellen i metamorf grad (lav, medium, høj) bestemmer hvilke mineraler og teksturer, der udvikler sig; geologer bruger bland andet dette til at bestemme hvilke forhold bjergarten har været udsat for (metamorfe facies som f.eks. greenschist, amphibolite, granulite osv.).

Eksempler og hvordan de dannes

• Marmor er dannet ved omkrystallisering af kalksten. Kalkstens fossiler og korn af calcit eller aragonit omdannes til større calcitkrystaller; marmor kan derfor være hårdere og tage en blank polering.
• Skifer er en metamorfisk omdannelse af lersten (eller mudstone). Under lav til mellemhøj metamorfose dannes fine lag af pladeformede mineraler (fx chlorit og muskovit), som giver skiferen dens karakteristiske delbarhed. (Den anden skifer-link i originalteksten henviser til samme type bjergart.)
• Kvartsit er dannet ved omdannelse af sandsten, hvor kvarts korn omkrystalliseres og sammenvæves til en meget hård og modstandsdygtig sten.

Hvordan genkender man en metamorf bjergart?

• Foliation eller båndning: lagdelt struktur dannet af flade mineraler.
• Grovere eller mere sammenvoksede krystaller end i den oprindelige bjergart (omkrystallisering).
• Forekomst af mineralske indikatorer som granat, staurolit, kyanit eller glimmer, som ikke findes i de oprindelige sedimenter eller vulkanske bjergarter.
• Fossiler er ofte utydelige eller ødelagte ved moderat til høj metamorfose; i lavgradige tilfælde kan de dog delvist være bevaret.
• Simpel feltprøve: marmor reagerer med fortyndet saltsyre (CO2-dannelse), kvartsit er meget hård og ridser glas.

Betydning og anvendelse

Metamorfe bjergarter har både geologisk og økonomisk betydning. Marmor anvendes til skulptur og bygningssten, kvartsit som byggemateriale og ristest, og skifer til tagdækning og dekorative formål. Desuden kan regional metamorfose koncentrere mineraler, så økonomisk interessante forekomster af fx malmmineraler kan dannes.

Afsluttende bemærkninger

Metamorfose er en vigtig proces i Jordens kredsløb af materialer. Ved at studere metamorfe bjergarter kan geologer rekonstruere de temperatur‑ og trykforhold, der har hersket i Jordens indre gennem tid, og forstå hvordan skorpe og bjergkæder dannes og udvikler sig.

Typer af metamorfisme

Regional metamorfisme

Regional metamorfisme, eller dynamisk metamorfisme, forekommer i store bjergartsmasser. Bjergarter kan blive metamorfoseret alene ved at befinde sig i store dybder under jordens overflade. Der får de høje temperaturer og den store vægt af de overliggende bjergartslag.

En stor del af den nedre kontinentskorpe er metamorf, bortset fra nyere magmatiske indbrud. Horisontale tektoniske bevægelser, som f.eks. kollisioner mellem kontinenter, skaber orogene bælter. Der opstår høje temperaturer, tryk og deformation langs disse bælter. Hvis de metamorfoserede bjergarter senere bliver løftet op og blotlagt ved erosion, ses de som lange bælter eller andre store områder på overfladen.

Kontaktmetamorfisme

Kontaktmetamorfisme opstår, når magma sprøjtes ind i den omgivende faste klippe (landsten). De ændringer, der sker, er størst der, hvor magmaen kommer i kontakt med klippen. Temperaturerne var højest der og faldt med afstanden fra den.

Metamorfe mineraler

Metamorfe mineraler er mineraler, der kun dannes ved metamorfismens høje temperaturer og tryk. Disse mineraler, kendt som indeksmineraler, omfatter sillimanit, kyanit, staurolit, andalusit og nogle granatmineraler.

Andre mineraler som f.eks. olivin, pyroxener, amfiboler, micas, feltspat og kvarts kan findes i metamorfe bjergarter. De er ikke nødvendigvis et resultat af metamorfismeprocessen. Disse mineraler er dannet under krystalliseringen af magmatiske bjergarter. De er stabile ved høje temperaturer og tryk og kan forblive kemisk uændrede under den metamorfe proces.

Mississippisk marmor i Big Cottonwood Canyon, Wasatch Mountains, Utah


En kontaktmetamorf bjergart af kalcit og serpentin i lag fra det prækambrianske område i Canada. Engang troede man, at den var et fossil kaldet Eozoön canadense. Skala i mm.

Spørgsmål og svar

Spørgsmål: Hvad er en metamorfisk sten?

Spørgsmål: Hvad er nogle eksempler på metamorfe bjergarter?

Spørgsmål: Hvordan dannes metamorfe bjergarter?

Spørgsmål: Hvad sker der med de fossiler, der findes i den oprindelige bjergart under dannelsesprocessen?

Spørgsmål: Hvor kommer den intense varme og det intense tryk fra?

Spørgsmål: Hvilke temperaturer skal der være for at denne omdannelse kan finde sted?

Søg efter bogstav