Metamorfiset kivet: mistä ne syntyvät, tyypit ja esimerkit

Metamorfinen kivi on kivilaji, joka on muuttunut äärimmäisen kuumuuden ja paineen vaikutuksesta. Sen nimi tulee sanoista "morph" (tarkoittaa muotoa) ja "meta" (tarkoittaa muutosta).

Alkuperäinen kivi kuumennetaan (yli 150-200 °C) ja paineistetaan (1500 baaria). Tämä aiheuttaa syvällisiä fysikaalisia ja/tai kemiallisia muutoksia. Alkuperäinen kivi voi olla sedimenttikiveä, magmakiveä tai muuta vanhempaa metamorfista kiveä.

Maan pinnan alla lämpötila ja paine kasvavat syvemmällä. Vuoristoketjun muodostumisen (regional metamorphism) tai suuren tulivuoren lämmön ja paineen läheisyydessä olevat kivet altistuvat voimille, jotka muuttavat niiden koostumusta ja rakenteita. Sedimenttikivi, joka on ollut tällaisten voimien vaikutuspiirissä, voi näyttää siltä kuin sitä olisi puristettu, kuumennettu ja uudelleen kiteytetty pitkän ajan kuluessa. Seurauksena on usein kovempi, tiiviimpi ja uusia mineraaleja sisältävä kiviaines.

Miten metamorfiset kivet syntyvät

Metamorfinen muutos syntyy kolmesta päätekijästä: lämpö, paine ja kemiallinen ympäristö (esim. vesipitoinen hydroterminen aineenvaihdunta). Muutoksen aste riippuu muun muassa lämpötilasta, paineesta ja muutoksen kestosta:

Matala-asteinen metamorfia: alkaen n. 150–300 °C; syntyy usein syvällä hautautuneissa sedimentissä tai alueilla, joissa paine on kohtalainen.
Keskiasteinen metamorfia: noin 300–550 °C; usein vuoristojen muodostumisen yhteydessä.
Korkea-asteinen metamorfia: yli ~550 °C; voi tapahtua syvillä tai lähellä magmakivi-intursioita (kontaktimetamorfia).

Paineet vaihtelevat tyypillisesti sadoista megapascaleista (MPa) aina gigapascaleihin (GPa) saakka; käytännössä metamorfiset olosuhteet vastaavat usein muutamia kilometrejä aina kymmeniin kilometreihin ulottuvaa hautautumissyvyyttä. Lisäksi hydrotermiset nesteet voivat muuttaa kiven kemiallista koostumusta (metasomatismi), jolloin syntyy uusia mineraaleja.

Tyypit ja rakenteet

Metamorfiset kivet jaetaan usein rakenteen perusteella:

Foliated (kerrostuneet) kivet: niissä mineraalit järjestäytyvät kerroksiksi tai laakeiksi levyiksi (esim. liuske, lehtikivi, gneissi). Foliation syntyyn vaikuttavat suunnikkaiset paineet ja uudelleenkiteytyminen.
Non-foliated (ei-kerrostuneet) kivet: mineraalit eivät muodosta selvää laminaatiota; tällaisia ovat esimerkiksi marmori ja kvartsiitti, joissa kiteet kasvavat toistensa lomaan.

Metamorfiset tekstuurit voivat myös sisältää porfyroblastisia mineralokiteitä (suurempia kiteitä pienemmässä malmassa), uuskelin (recrystallization) ja lineamentteja, jotka kertovat deformaatiohistoriasta.

Yleisimmät esimerkit

Marmori on kalkkikivestä muodostunut metamorfinen kivi.
Liuskekivi on metamorfista mutakiveä tai liuskekiveä.
Kvartsiitti on metamorfinen hiekkakivi.

Lisäksi yleisiä metamorfisia kivilajeja ovat esimerkiksi:

Gneissi – voimakkaasti kerrostunut, usein graniittiprotoliitista peräisin.
Lehtikivi ja schisti – sisältävät runsaasti flake-tyyppisiä mineraaleja kuten muskoviinia tai biotiittia.
Sillimanite-, kyanite- ja garnetti-kivimuodostelmat – näitä mineraaleja käytetään indeksimineraaleina metamorfiselle asteelle päättelemiseksi.

Fossiilit ja mineraalimuutokset

Mineraalien uudelleenkiteytyminen kuumennuksen jälkeen aiheuttaa usein originaalien fossiilien ja orgaanisten rakenneosien tuhoutumisen tai muodon muuttumisen. Matala-asteisissa metamorfissa voi kuitenkin säilyä joitain rakennepiirteitä (esim. kerrostuneisuus tai osa fossiileista), kun taas korkeammassa asteessa alkuperäiset fossiilit yleensä katoavat kokonaan.

Metamorfian eri ympäristöt

Regionaalinen metamorfia: laajoilla alueilla vuorentoiminnan yhteydessä; tuottaa usein gneissia, schistia ja lehtikiveä.
Kontaktimetamorfia: magmakammiosta säteilevä lämpö muuttaa lähellä olevaa kiveä; syntyy usein ei-kerrostuneita kiviä kuten marmoria ja kontaktikvartsiittia.
Hidrotermalinen metamorfia: kuumat, mineraalirikkaat nesteet muuttavat kiven koostumusta (esim. metallioksidien ja sulfidien rikastuminen).
Isostaattinen ja sokkimetamorfia: nopeita tapahtumia, esimerkiksi meteoriitin törmäykset voivat synnyttää shokkimetamorfisia rakenteita.

Käyttö ja merkitys

Metamorfiset kivet ovat tärkeitä rakennus- ja koristekivinä: marmori veistoksissa ja rakennuksissa, liuske kato- ja lattiapäällysteissä, kvartsiitti kovana rakennusmateriaalina ja hiekka- ja murskeena. Lisäksi metamorfiset kivet kertovat geologian tutkijoille alueen muodostumisesta, lämpö- ja painehistoriasta sekä mineraaliesiintymistä, jotka voivat olla taloudellisesti merkittäviä.

Tällaisia kivilajeja kutsutaan metamorfisiksi kiviksi, ja niiden tutkiminen paljastaa paljon Maan sisäisistä prosesseista ja maankamaran kehityksestä aikojen kuluessa.

kvartsiitti, metamorfinen hiekkakivi

Metamorfisen kiven taittuneet kerrostumat lähellä [Geirangerfjordia], Norja.

Metamorfoosin tyypit

Alueellinen metamorfoosi

Alueellinen metamorfoosi eli dynaaminen metamorfoosi tapahtuu suurissa kivimassoissa. Kalliot voivat metamorfoitua jo pelkästään siksi, että ne ovat suuressa syvyydessä maanpinnan alapuolella. Siellä niihin kohdistuu korkeita lämpötiloja ja yläpuolella olevien kivikerrosten suuri paino.

Suuri osa alemmasta mannermaisesta kuoresta on metamorfista, lukuun ottamatta viimeaikaisia magmakiviainesintruusioita. Horisontaaliset tektoniset liikkeet, kuten mantereiden törmäykset, luovat orogeenisia vyöhykkeitä. Näillä vyöhykkeillä esiintyy korkeita lämpötiloja, paineita ja muodonmuutoksia. Jos metamorfoituneet kivet myöhemmin kohoavat ja paljastuvat eroosion vaikutuksesta, ne näkyvät pitkinä vyöhykkeinä tai muina laajoina alueina pinnalla.

Kontaktimetamorfoosi

Kontaktimetamorfoosi tapahtuu, kun magma ruiskutetaan ympäröivään kiinteään kallioon (maakallioon). Tapahtuvat muutokset ovat suurimmat siellä, missä magma joutuu kosketuksiin kallion kanssa. Lämpötilat ovat siellä korkeimmat ja laskevat etäisyyden kasvaessa.

Metamorfiset mineraalit

Metamorfiset mineraalit ovat mineraaleja, jotka muodostuvat vain metamorfismin korkeissa lämpötiloissa ja paineissa. Näihin indeksi-mineraaleiksi kutsuttuihin mineraaleihin kuuluvat sillimaniitti, kyaniitti, stauroliitti, andalusiitti ja jotkut granaatit.

Metamorfisissa kivissä voi esiintyä myös muita mineraaleja, kuten oliviineja, pyrokseeneja, amfiboleja, kiillegneissejä, maasälpää ja kvartsia. Ne eivät välttämättä ole metamorfoosiprosessin tulosta. Nämä mineraalit ovat muodostuneet magmakivien kiteytymisen aikana. Ne ovat stabiileja korkeissa lämpötiloissa ja paineissa, ja ne voivat säilyä kemiallisesti muuttumattomina metamorfisen prosessin aikana.

Mississippiläistä marmoria Big Cottonwood Canyonissa, Wasatch Mountains, Utah, Utah

Kanadan prekambrikaudelta peräisin oleva kontaktimetamorfinen kivi, joka koostuu kalsiitin ja serpentiinin kerrostumista. Luultiin aikoinaan fossiiliksi nimeltä Eozoön canadense. Mittakaava millimetreinä.

Aiheeseen liittyvät sivut

Luettelo kivistä
Kallioperä
Sedimenttikivi
Luettelo mineraaleista

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mikä on metamorfinen kivi?

A: Metamorfinen kivi on kivilaji, joka on muuttunut äärimmäisen lämmön ja paineen vaikutuksesta. Sen nimi tulee sanoista "morph" (tarkoittaa muotoa) ja "meta" (tarkoittaa muutosta). Alkuperäistä kiveä kuumennetaan (yli 150-200 °C:n lämpötiloissa) ja paineistetaan (1500 baaria), mikä johtaa syvällisiin fysikaalisiin ja/tai kemiallisiin muutoksiin.

K: Mitkä ovat esimerkkejä metamorfisista kivistä?

V: Esimerkkejä metamorfisista kivistä ovat marmori, joka muodostuu kalkkikivestä, liuskekivi, joka on metamorfista mutakiveä tai liusketta, ja kvartsiitti, joka on metamorfista hiekkakiveä.

K: Miten metamorfiset kivet muodostuvat?

V: Metamorfiset kivet muodostuvat, kun magmakivet tai sedimenttikivet altistuvat äärimmäiselle kuumuudelle ja paineelle. Tämän seurauksena niiden muoto ja ominaisuudet muuttuvat täysin.

K: Mitä tapahtuu alkuperäisen kiven sisältämille fossiileille muodostumisprosessin aikana?

V: Muodostumisprosessin aikana mineraalien uudelleenkiteytyminen kuumennuksen jälkeen aiheuttaa yleensä alkuperäisessä kivessä mahdollisesti olleiden fossiilien tuhoutumisen.

K: Mistä tämä voimakas kuumuus ja paine tulevat?

V: Tämäntyyppisten kivien muodostumiseen tarvittava voimakas kuumuus ja paine ovat yleensä peräisin syvältä maan pinnasta - esimerkiksi vuoristoketjujen tai tulivuorten juurelta - jossa on riittävästi voimaa aiheuttamaan kerrostumien muodonmuutoksia ja muutoksia mineraalikoostumuksessa.

Kysymys: Minkälaisia lämpötiloja on saavutettava, jotta tämä muutos tapahtuisi?

V: Jotta muutos metamorfiseksi kiveksi tapahtuisi, on saavutettava yli 150-200 °C:n lämpötila.