Metamorfóza je dej, pri ktorom dochádza k premene materských hornín vplyvom vonkajších podmienok. Materskou horninou môže byť hornina magmatická, sedimentárna alebo aj metamorfovaná.
Premeny hornín sú vyvolané zmenou fyzikálnych alebo chemických podmienok, v ktorých sa hornina nachádza. Zmena týchto podmienok môže nastať, buď transportom tejto horniny do iného geologického prostredia alebo skutočnou zmenou okolitého prostredia, napríklad prevrstvením horniny nejakou nadložnou vrstvou. Premena hornín je najčastejšie vyvolaná veľkým vonkajším tlakom a zvýšenou teplotou. Vysoké tlaky nemajú obyčajne charakter homogénne pôsobiacej sily, ale majú určitú smerovú orientáciu, navyše s rôznym pôsobením v rôznych miestach horniny.
Podmienky, pri ktorých dochádza k metamorfóze hornín, sa dajú označiť ako veľmi kritické, čo znamená, že mechanický tlak na horninu vysoko prekračuje podmienky, pri ktorých dochádza k spevňovaniu sypkých hornín pri vzniku sedimentárnych hornín. Tlak a teploty dosahujú často hodnoty blízke k hodnotám, pri ktorých dochádza k taveniu horniny resp. jej niektorých zložiek. Do kategórie metamorfóz sa však nezahrňuje tavenie hornín na magmu vplyvom vysokých teplôt a tlakov.
Chemické reakcie, ktoré sa podieľajú na metamorfóze hornín, zahrňujú jednak homogénne reakcie medzi tuhými fázami a jednak nehomogénne reakcie. Na nich sa okrem tuhej zložky, zúčastňuje aj plynná alebo kvapalná fáza, ktoré tvoria ďalšie reaktanty, pochádzajúce z roztokov alebo plynného okolia, prípadne tieto sú produktami reakcií. Reakcie medzi tuhými fázami reprezentuje napríklad premena medzi troma
polymorfnými minerálmi: andaluzitom, kyanitom (distenom) a sillimanitom. Ďalším príkladom je vznik jadeitu a jeho reverzibilná premena na albit a nefelín:
NaAlSi2O6 + SiO2 ↔ NaAlSi3O8
2 NaAlSi2O6 ↔ NaAlSi3O8 + NaAlSiO4
jadeit albit nefelín
Medzi najdôležitejšie patria tri kategórie chemických reakcií:
- dehydratačné,
- dekarbonizačné a
- karbonizačné.
Dehydratačné reakcie prebiehajú pri zvýšených teplotách. K významným patria tieto
reakcie:
Al2Si4O10(OH)2 → Al2SiO5 + 3 SiO2 + H2O
pyrofylit kyanit kremeň
KAl3Si3O10(OH)2 + SiO2 → Al2SiO5 + KAlSi3O8 + H2O
muskovit kremeň sillimanit živec
KAl3Si3O10(OH)2 → Al2O3 + KAlSi3O8 + H2O
muskovit korund živec
Dekarbonizácia. Veľmi významnou reakciou je dekarbonizácia kalcitu:
CaCO3 + SiO2 → CaSiO3 + CO2
Uvoľňuje sa pri nej oxid uhličitý, ktorý spolu s vodnou parou je najčastejším plynným
produktom metamorfných procesov.
Oxidačno-redukčné reakcie prebiehajú jednak v blízkosti zemského povrchu, v dôsledku styku hornín s atmosferickým kyslíkom, ale tiež v zemskej kôre a vrchnom plášti, ktoré obsahujú veľký podiel kremičitanov a oxidov. Dôležité oxidačno-redukčné reakcie sú vzájomné premeny magnetitu, hematitu a wüstitu a železa:
6 Fe2O3 → 4 Fe3O4 + O2
hematit magnetit
2 Fe3O4 → 6 FeO + O2
magnetit wüstit
2 FeO → 2 Fe + O2
wüstit
Fe3O4 → 3 Fe + 2 O2
Stability minerálov pri metamorfózach závisia jednak od teploty a jednak od parciálneho tlaku kyslíka v okolí minerálov. Z uvedených minerálov je najčastejšou zložkou metamorfovaných hornín magnetit. Hematit sa vyskytuje zriedkavejšie, zatiaľ čo wüstit a rýdze železo sa v týchto horninách nevyskytujú.
Rozsah metamorfóz. Metamorfózy hornín môžu mať veľmi široký rozsah, od sotva rozpoznateľných zmien až po podstatné zmeny fázového a chemického zloženia, pri ktorých sa strácajú hlavné identifikačné znaky pôvodnej horniny. V závislosti od stupňa premeny materskej horniny, je možné označovať metamorfované horniny ako slabo premenené alebo silne premenené. V druhom prípade sa primárne znaky pôvodnej horniny celkom strácajú. Typickými zmenami sú zmena veľkosti a orientácie zŕn a rekryštalizácia menšej alebo väčšej časti minerálov, ktoré sa v konečnom dôsledku prejavujú v zmene
textúry horniny.
Typickým znakom premenených hornín je ich plošne paralelná textúra (bridličnatosť resp. foliácia), ktorá vzniká prednostným usporiadaním minerálov do plôch, kolmých na smer pôsobenia tlaku.
Horninotvorné minerály metamorfovaných hornín pochádzajú v menšej miere z primárnych hornín a sú reprezentované najmä kalcitom a dolomitom. Novovzniknuté minerály patria do skupín kremičitanov, uhličitanov a oxidov. Najvýznamnejšie sú:
kremeň, draselné živce, biotit, muskovit, plagioklasy, sericit, chlority, mastenec, amfiboly,
kalcit, dolomit, serpentín a granáty.
