الصخور المتحولة

يمكن أن تُغير عملية التحول الصخري التركيب الكيميائي العام للصخر. إذ تعمل السوائل الساخنة المتدفقة عبر مسامات الصخر على إذابة المعادن الموجودة وترسيب معادن جديدة. وتُنقل المواد المذابة خارج الصخر بواسطة هذه السوائل، بينما تُدخل السوائل الجديدة مواد جديدة. ومن الواضح أن هذا يُغير التركيب المعدني للصخر. ^{[ 10 ]}

مع ذلك، قد تحدث تغيرات في التركيب المعدني حتى عندما لا يتغير التركيب الكلي للصخر. وهذا ممكن لأن جميع المعادن لا تستقر إلا ضمن حدود معينة من درجة الحرارة والضغط والبيئة الكيميائية. على سبيل المثال، عند الضغط الجوي، يتحول معدن الكيانيت إلى أندلوسيت عند درجة حرارة حوالي 190 درجة مئوية (374 درجة فهرنهايت) . ويتحول الأندلوسيت بدوره إلى سيليمانيت عندما تصل درجة الحرارة إلى حوالي 800 درجة مئوية (1470 _{درجة فهرنهايت). وتتشابه المعادن الثلاثة في تركيبها، Al₂SiO₅ .} وبالمثل ، يكون الفورستريت مستقرًا ضمن نطاق واسع من الضغط ودرجة الحرارة في الرخام ، ولكنه يتحول إلى بيروكسين عند ضغط ودرجة حرارة مرتفعين في الصخور الغنية بالسيليكات التي تحتوي على بلاجيوكلاز ، والذي يتفاعل معه الفورستريت كيميائيًا. ^{[ 11 ]}    

قد تحدث العديد من التفاعلات المعقدة ذات درجات الحرارة العالية بين المعادن دون انصهارها، ويشير كل تجمع معدني ناتج إلى درجات الحرارة والضغوط التي كانت سائدة وقت التحول. وتُعزى هذه التفاعلات إلى الانتشار السريع للذرات عند درجات الحرارة المرتفعة. ويمكن أن يكون السائل المسامي بين حبيبات المعادن وسطًا مهمًا لتبادل الذرات. ^{[ 10 ]}

يُطلق على التغير في حجم جزيئات الصخر أثناء عملية التحول اسم إعادة التبلور . فعلى سبيل المثال، تتحول بلورات الكالسيت الصغيرة في الصخور الرسوبية كالحجر الجيري والطباشير إلى بلورات أكبر في صخر الرخام المتحول . ^{[ 12 ]} وفي الحجر الرملي المتحول، ينتج عن إعادة تبلور حبيبات رمل الكوارتز الأصلية كوارتزيت شديد التراص، يُعرف أيضًا باسم ميتاكوارتزيت، حيث تتشابك بلورات الكوارتز الأكبر حجمًا في الغالب. ^{[ 13 ]} وتساهم كل من درجات الحرارة والضغوط العالية في إعادة التبلور. فدرجات الحرارة العالية تسمح للذرات والأيونات في البلورات الصلبة بالهجرة، مما يؤدي إلى إعادة تنظيم البلورات، بينما تتسبب الضغوط العالية في ذوبان البلورات داخل الصخر عند نقاط تلامسها. ^{[ 14 ]}

لأن كل معدن لا يكون مستقراً إلا ضمن حدود معينة، فإن وجود معادن معينة في الصخور المتحولة يشير إلى درجات الحرارة والضغوط التقريبية التي تعرضت عندها الصخور للتحول. تُعرف هذه المعادن باسم المعادن الدليلية . ومن أمثلتها السيليمانيت ، والكيانيت ، والستوروليت ، والأندلوسيت ، وبعض أنواع العقيق . ^{[ 15 ]}

قد توجد معادن أخرى، مثل الأوليفين والبيروكسين والهونبلند والميكا والفلسبار والكوارتز ، في الصخور المتحولة ، ولكنها ليست بالضرورة ناتجة عن عملية التحول. ويمكن أن تتشكل هذه المعادن أيضًا أثناء تبلور الصخور النارية. وهي مستقرة عند درجات حرارة وضغوط عالية ، وقد تبقى دون تغيير كيميائي أثناء عملية التحول. ^{[ 16 ]}

تتميز الصخور المتحولة عادةً ببلورات أكثر خشونة من الصخور الأصلية التي تشكلت منها. تحيط الذرات داخل البلورة بترتيب مستقر من الذرات المجاورة. هذا الترتيب غير موجود جزئيًا على سطح البلورة، مما ينتج عنه طاقة سطحية تجعل السطح غير مستقر ديناميكيًا حراريًا. تؤدي إعادة التبلور إلى بلورات أكثر خشونة إلى تقليل مساحة السطح، وبالتالي تقليل طاقة السطح. ^{[ 17 ]}

على الرغم من أن تضخم الحبيبات نتيجة شائعة للتحول، إلا أن الصخور المشوهة بشدة قد تتخلص من طاقة الإجهاد عن طريق إعادة التبلور كصخر دقيق الحبيبات يُسمى المايلونيت . بعض أنواع الصخور، مثل تلك الغنية بالكوارتز أو معادن الكربونات أو الأوليفين، معرضة بشكل خاص لتكوين المايلونيت، بينما الفلسبار والجارنيت مقاومان لعملية المايلونيت. ^{[ 18 ]}

تُظهر أنواع عديدة من الصخور المتحولة تراكبًا مميزًا يُسمى التورق (مشتق من الكلمة اللاتينية folia ، والتي تعني "أوراق"). يتطور التورق عندما ينكمش الصخر على طول محور واحد أثناء إعادة التبلور. يؤدي هذا إلى دوران بلورات المعادن الصفائحية، مثل الميكا والكلوريت ، بحيث تصبح محاورها القصيرة موازية لاتجاه الانكماش. ينتج عن ذلك صخر مخطط، أو متورق، حيث تُظهر الأشرطة ألوان المعادن التي شكلتها. غالبًا ما تُظهر الصخور المتورقة مستويات انفصام . يُعدّ الأردواز مثالًا على الصخور المتحولة المتورقة، وهو مشتق من الصخر الزيتي ، ويُظهر عادةً انفصامًا واضحًا يسمح بتقسيم الأردواز إلى صفائح رقيقة. ^{[ 19 ]}

يعتمد نوع التورق المتكون على درجة التحول. ^{[ 20 ]} فعلى سبيل المثال، بدءًا من الحجر الطيني ، تتطور المراحل التالية مع ارتفاع درجة الحرارة: يتحول الحجر الطيني أولًا إلى صخر أردوازي، وهو صخر متحول دقيق الحبيبات ومتورق، يتميز بدرجة التحول المنخفضة جدًا. يتحول الصخر الأردوازي بدوره إلى فيليت ، وهو صخر دقيق الحبيبات يوجد في مناطق التحول المنخفض. أما الشيست فهو متوسط ​​إلى خشن الحبيبات ويوجد في مناطق التحول المتوسط. ويحول التحول عالي الدرجة الصخر إلى نايس ، وهو صخر خشن إلى خشن جدًا الحبيبات. ^{[ 21 ]}

الصخور التي تعرضت لضغط متساوٍ من جميع الجهات، أو تلك التي تفتقر إلى معادن ذات أنماط نمو مميزة، لا تتورق. الرخام يفتقر إلى المعادن الصفائحية، وهو عموماً غير متورق، مما يسمح باستخدامه كمادة للنحت والعمارة.

تُعدّ الصخور المتحولة أحد الأقسام الرئيسية الثلاثة لأنواع الصخور، ولذا يوجد تنوع كبير في أنواعها. عمومًا، إذا أمكن تحديد الصخرة الأصلية للصخرة المتحولة، يُوصف هذا النوع بإضافة البادئة " ميتا-" إلى اسم الصخرة الأصلية. على سبيل المثال، إذا عُرف أن الصخرة الأصلية هي بازلت ، تُوصف الصخرة بأنها ميتابازلت. وبالمثل، تُوصف الصخرة المتحولة التي عُرف أن صخرتها الأصلية هي كونغلوميرات بأنها ميتاكونغلوميرات . لكي تُصنّف الصخرة المتحولة بهذه الطريقة، يجب أن تكون الصخرة الأصلية قابلة للتحديد من خصائص الصخرة المتحولة نفسها، وليس من خلال استنتاجها من معلومات أخرى. ^{[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]}

وفقًا لنظام تصنيف هيئة المسح الجيولوجي البريطانية ، إذا اقتصرت المعلومات المتاحة عن الصخرة الأصلية على نوعها العام، مثل رسوبية أو بركانية، فإن التصنيف يعتمد على التركيب المعدني (النسب المئوية الحجمية للمعادن المختلفة في الصخر). تُقسم الصخور الرسوبية المتحولة إلى صخور غنية بالكربونات (صخور الكربونات المتحولة أو صخور السيليكات الكلسية) أو صخور فقيرة بالكربونات، وتُصنف الأخيرة بدورها حسب وفرة الميكا النسبية في تركيبها. ويتراوح ذلك من الرمليات قليلة الميكا مرورًا بالصخور شبه الطينية وصولًا إلى الصخور الطينية الغنية بالميكا . تُصنف الرمليات المكونة في الغالب من الكوارتز على أنها كوارتزيت. تُصنف الصخور النارية المتحولة بشكل مشابه للصخور النارية، حسب محتواها من السيليكا ، من الصخور فوق المافية المتحولة (المنخفضة جدًا في السيليكا) إلى الصخور الفلسية المتحولة (ذات المحتوى العالي من السيليكا). ^{[ 23 ]}

عندما يتعذر تحديد التركيب المعدني، كما هو الحال غالبًا عند فحص الصخور لأول مرة في الموقع ، يجب أن يعتمد التصنيف على النسيج. أنواع النسيج هي:

• الصخور الشيستية ، وهي صخور متوسطة الحبيبات ذات توريق قوي. ^{[ 23 ]} تُظهر هذه الصخور أعلى درجات التوريق، والذي يُعرَّف بأنه مدى وجود المعادن الصفائحية وتراصفها في اتجاه واحد، بحيث تنقسم الصخرة بسهولة إلى صفائح يقل سمكها عن سنتيمتر واحد (0.4 بوصة). ^{[ 24 ]}
• تتميز صخور النيس بحبيباتها الخشنة وتورقها السميك مقارنةً بصخور الشيست، حيث يزيد سمك طبقاتها عن 5 مم. ^{[ 23 ]} وتُظهر هذه الصخور تورقًا أقل تطورًا. ^{[ 24 ]}
• الجرانوفيل ، التي لا تظهر أي توريق واضح ^{[ 23 ]} أو انشقاق. ^{[ 24 ]}

الهورنفلس هو نوع من الجرانوفيلس ينتج عن التحول التماسي. أما الأردواز فهو صخر متحول دقيق الحبيبات ينقسم بسهولة إلى صفائح رقيقة، ولكنه لا يُظهر طبقات تركيبية واضحة. يُستخدم هذا المصطلح فقط عندما تكون المعلومات المتوفرة عن الصخر قليلة جدًا بحيث لا تسمح بتصنيف أكثر دقة. قد تُسبق التصنيفات النسيجية للإشارة إلى أصل رسوبي ( بارا- ، مثل الباراشيست) أو أصل ناري ( أورثو- ، مثل الأورثوجنيس). عندما لا يُعرف شيء عن الأصل الصخري، يُستخدم الاسم النسيجي بدون بادئة. على سبيل المثال، الشيست هو صخر ذو نسيج شيستي، وأصله الصخري غير مؤكد. ^{[ 23 ]}

توجد تصنيفات خاصة للصخور المتحولة ذات الأصل البركاني الفتاتي ، أو المتكونة على طول صدع أو من خلال دوران حراري مائي . تُستخدم بعض الأسماء الخاصة للصخور ذات الأصل غير المعروف ولكن تركيبها المعدني معروف، مثل الرخام والإكلوجيت والأمفيبوليت . ^{[ 23 ]} كما يمكن تطبيق أسماء خاصة بشكل عام على الصخور التي يهيمن عليها معدن واحد، أو ذات تركيب أو نمط أو أصل مميز. تشمل الأسماء الخاصة التي لا تزال شائعة الاستخدام: الأمفيبوليت، والشست الأخضر ، والفيليت، والرخام، والسربنتينيت ، والإكلوجيت، والميغماتيت ، والسكارن ، والجرانوليت ، والميلونيت، والأردواز. ^{[ 24 ]}

يمكن استكمال التصنيف الأساسي بمصطلحات تصف المحتوى المعدني أو النسيج. على سبيل المثال، يمكن وصف الميتابازلت الذي يُظهر تورقًا ضعيفًا بأنه ميتابازلت نيسي، ويمكن وصف البليت الذي يحتوي على كمية وفيرة من الستوروليت بأنه بليت ستوروليتي. ^{[ 23 ] [ 24 ]}

تنتشر الصخور المتحولة على نطاق واسع في الأحزمة الجبلية الناتجة عن تصادم الصفائح التكتونية عند حدودها المتقاربة . هنا، تُرفع الصخور التي كانت مدفونة في أعماق كبيرة إلى السطح بفعل الرفع والتعرية. ^{[ 28 ]} قد تكون الصخور المتحولة الظاهرة في الأحزمة الجبلية قد تعرضت للتحول ببساطة نتيجة وجودها على أعماق كبيرة تحت سطح الأرض، وتعرضها لدرجات حرارة عالية وضغط هائل ناتج عن الوزن الهائل للطبقات الصخرية التي تعلوها. يُعرف هذا النوع من التحول الإقليمي بالتحول الدفني ، والذي ينتج عنه عادةً صخور متحولة منخفضة الدرجة. ^{[ 29 ]} أما الصخور المتحولة الأكثر شيوعًا فهي تلك التي تتشكل أثناء عملية التصادم نفسها. ^{[ 30 ]} يتسبب تصادم الصفائح في ارتفاع درجات الحرارة والضغط والتشوه في الصخور على طول هذه الأحزمة. ^{[ 31 ]} تميل الصخور المتحولة المتشكلة في هذه البيئات إلى إظهار بنية شيستية متطورة. ^{[ 30 ]}

تُظهر الصخور المتحولة في الأحزمة الجبلية تنوعًا في السحنات المتحولة. عند حدوث الانغماس ، يتحول بازلت الصفيحة المنغمسة إلى سحنات متحولة عالية الضغط. في البداية، يخضع لتحول منخفض الدرجة إلى بازلت متحول من سحنات الزيوليت والبريهنيت -بومبيليت ، ولكن مع انغماس البازلت إلى أعماق أكبر، يتحول إلى سحنات الشست الأزرق ثم إلى سحنات الإكلوجيت . يُطلق التحول إلى سحنات الإكلوجيت كمية كبيرة من بخار الماء من الصخر، مما يُحفز النشاط البركاني في القوس البركاني العلوي . كما أن الإكلوجيت أكثر كثافة بشكل ملحوظ من الشست الأزرق، مما يدفع الصفيحة إلى مزيد من الانغماس في أعماق وشاح الأرض . قد يُحفظ كل من البازلت المتحول والشست الأزرق في أحزمة الشست الأزرق المتحولة التي تشكلت نتيجة تصادمات بين القارات. قد تُحفظ أيضًا بفعل الانزلاق على الصفيحة العلوية كجزء من الأفيوليت . ^{[ 32 ]} تُوجد الإكلوجيت أحيانًا في مواقع تصادم القارات، حيث تُعاد الصخور المنزلقة بسرعة إلى السطح، قبل أن تتحول إلى فصيلة الجرانيوليت في الوشاح العلوي الساخن. العديد من عينات الإكلوجيت هي صخور دخيلة صعدت إلى السطح بفعل النشاط البركاني. ^{[ 33 ]}

تحتوي العديد من الأحزمة الجبلية على أحزمة متحولة ذات درجة حرارة أعلى وضغط أقل. قد تتشكل هذه الأحزمة نتيجة تسخين الصخور بواسطة الصهارة الصاعدة من الأقواس البركانية، ولكن على نطاق إقليمي. كما قد ينتج عن التشوه وتثخين القشرة الأرضية في الحزام الجبلي هذا النوع من الصخور المتحولة. تصل هذه الصخور إلى طور الشست الأخضر أو ​​الأمفيبوليت أو الجرانيوليت، وهي الأكثر شيوعًا بين الصخور المتحولة الناتجة عن التحول الإقليمي. يُطلق على اقتران منطقة متحولة خارجية ذات ضغط عالٍ ودرجة حرارة منخفضة مع منطقة داخلية من الصخور المتحولة ذات ضغط منخفض ودرجة حرارة عالية اسم الحزام المتحول المزدوج . تُظهر الجزر الرئيسية في اليابان ثلاثة أحزمة متحولة مزدوجة متميزة، تتوافق مع مراحل مختلفة من الاندساس. ^{[ 34 ] [ 35 ]}

تظهر الصخور المتحولة أيضًا في مجمعات النوى المتحولة ، التي تتشكل في مناطق التمدد القشري. وتتميز هذه المجمعات بوجود صدوع منخفضة الزاوية تكشف عن قباب من الصخور المتحولة في القشرة الوسطى أو السفلى. وقد تم التعرف على هذه المجمعات ودراستها لأول مرة في مقاطعة حوض وسلسلة جبال جنوب غرب أمريكا الشمالية، ^{[ 36 ]} ولكنها توجد أيضًا في جنوب بحر إيجة ، وفي جزر دانتريكاستو ، وفي مناطق تمدد أخرى. ^{[ 37 ]}

تُعدّ الدروع القارية مناطق من الصخور القديمة المكشوفة التي تُشكّل النوى المستقرة للقارات. تنتمي الصخور المكشوفة في أقدم مناطق هذه الدروع، والتي تعود إلى العصر الأركي (أكثر من 2500 مليون سنة)، في الغالب إلى أحزمة الجرانيت والصخور الخضراء. تحتوي أحزمة الصخور الخضراء على صخور بركانية متحولة وصخور رسوبية متحولة خضعت لتحول معتدل نسبيًا، عند درجات حرارة تتراوح بين 350 و500 درجة مئوية (662-932 درجة فهرنهايت) وضغوط تتراوح بين 200 و500 ميجا باسكال (2000-5000 بار) . يمكن تقسيمها إلى مجموعة سفلية من البازلت المتحول، بما في ذلك الكوماتيت المتحول النادر ؛ ومجموعة متوسطة من الصخور المتحولة المتوسطة والصخور المتحولة الفلسية؛ ومجموعة عليا من الصخور الرسوبية المتحولة. ^{[ 38 ]}    

تحيط بأحزمة الصخور الخضراء تضاريس من النيس عالي الدرجة تُظهر تحولًا شديد التشوه منخفض الضغط وعالي الحرارة (أكثر من 500 درجة مئوية (932 درجة فهرنهايت) ) إلى سحنة الأمفيبوليت أو الجرانيوليت. وتشكل هذه معظم الصخور المكشوفة في الكراتونات الأركية. ^{[ 38 ]}  

تخترق أحزمة الجرانيت والحجر الأخضر مجموعة مميزة من الصخور الجرانيتية تُعرف باسم مجموعة التوناليت - التروندجميت - الجرانوديوريت أو مجموعة TTG. وتُعد هذه الصخور الأكثر حجماً في الكراتون، وقد تُمثل مرحلة مبكرة هامة في تكوين القشرة القارية. ^{[ 38 ]}

تُعدّ سلاسل منتصف المحيطات مواقعَ لتكوّن قشرة محيطية جديدة نتيجة تباعد الصفائح التكتونية. ويشهد هذا النوع من التحوّل الحراري المائي انتشارًا واسعًا، يتميّز بتأثيرات الميتازوماتيس الناتجة عن دوران السوائل الساخنة عبر الصخور، ما يُنتج صخورًا متحولة من نوع الشست الأخضر. ويُعدّ صخر السربنتينيت المتحول سمةً مميزةً لهذه البيئات، إذ يُمثّل تحوّلًا كيميائيًا للأوليفين والبيروكسين في الصخور فوق المافية إلى معادن مجموعة السربنتين . ^{[ 39 ] [ 30 ]}

يحدث التحول التماسي عندما تُحقن الصهارة في الصخور الصلبة المحيطة بها ( الصخور الأم ). ^{[ 30 ]} وتكون التغيرات التي تحدث أكبر ما يمكن عند نقطة تلامس الصهارة مع الصخور، لأن درجات الحرارة تكون أعلى ما يمكن عند هذه النقطة، وتنخفض كلما ابتعدنا عنها. وتحيط بالصخور النارية المتكونة من تبريد الصهارة منطقة متحولة تُسمى هالة التماس . وقد تُظهر هذه الهالات جميع درجات التحول، بدءًا من منطقة التماس وصولًا إلى الصخور الأم غير المتحولة (غير المتغيرة) على مسافة معينة. وقد يتشكل خام المعادن المهمة من خلال عملية التحول الصخري عند منطقة التماس أو بالقرب منها. ^{[ 40 ]} وقد يصل عرض هالات التماس حول الكتل النارية الكبيرة إلى عدة كيلومترات. ^{[ 41 ]}

يستخدم الجيولوجيون مصطلح "هورنفلس" للدلالة على نواتج التحول التماسي ذات الحبيبات الدقيقة والمتراصة وغير المتورقة. ^{[ 42 ]} عادةً ما تُظهر هالة التماس تشوهًا طفيفًا، ولذلك يكون الهورنفلس عادةً خاليًا من التورق، ويُشكّل صخرًا صلبًا متجانس الحبيبات. إذا كان الصخر في الأصل مُخططًا أو متورقًا (مثل الحجر الرملي الرقائقي أو الشست الكلسي المتورق ) ^، فقد لا تختفي هذه السمة، ويكون الناتج هو الهورنفلس المُخطط. ^{[ 42 ]} يُنتج التحول التماسي القريب من السطح معادن متحولة مميزة منخفضة الضغط، ^{[ 30 ]} مثل الإسبينيل والأندلوسيت والفيسوفيانيت والولاستونيت . [ ^{43 ]}

قد تحدث تغييرات مماثلة في الصخور الطينية نتيجة احتراق طبقات الفحم . ^{[ 42 ]} ينتج عن ذلك نوع من الصخور يُسمى الكلنكر . ^{[ 44 ]}

كما توجد ميلٌ إلى حدوث تحولٍ كيميائي بين الصهارة النارية والصخور الرسوبية المحيطة بها، حيث يتم تبادل المواد الكيميائية في كلٍّ منهما أو إدخالها في الآخر. وفي هذه الحالة، تنشأ صخورٌ هجينة تُسمى السكارن . ^{[ 42 ] [ 45 ]}

يحدث التحول الديناميكي (التكسري) محليًا على طول الصدوع . هنا، يؤدي القص الشديد للصخور عادةً إلى تكوين المايلونيت. ^{[ 30 ]}

يختلف التحول الناتج عن الاصطدام عن غيره من أنواع التحول ، إذ يحدث أثناء اصطدامات الأجسام الفضائية. وينتج عنه معادن متحولة نادرة ذات ضغط فائق، مثل الكوسيت والستيشوفيت . ^{[ 46 ]} نادرًا ما يُعثر على الكوسيت في الإكلوجيت الذي يُجلب إلى السطح في أنابيب الكيمبرلايت ، بينما يُعد وجود الستيشوفيت سمة مميزة للهياكل الناتجة عن الاصطدام. ^{[ 47 ]}