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

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.