سنگ دگرگونی چیست و انواع آن کدامند؟

سنگ دگرگونی (Metamorphic rock) به سنگ‌هایی گفته می‌شود که در نتیجۀ اعمال حرارت و فشار بر سنگ‌های آذرین، رسوبی و دگرگونی قبلی، طی سالیان طولانی ایجاد می‌شوند. این حرارت و فشار بدون آنکه سنگ را ذوب کند، سبب محو شدن کانی‌ها و یا تغییر کانی‌های اولیه موجود در سنگ و تشکیل یک سری کانی جدید می‌گردد. گارنت، دیستن، آندالوزیت و سیلیمانیت از معروف‌ترین کانی‌های دگرگونی هستند. حضور هر یک از این کانی‌ها، کلیدی است جهت شناسایی سنگ‌های دگرگونی و اینکه دگرگونی در چه شرایطی صورت گرفته است؛ تحت حرارت، فشار و یا حرکت زمین. فرایندهای دگرگونی که موجب تشکیل سنگ‌های دگرگونی می‌شوند عبارتند از: دگرگونی ناحیه‌ای، مجاورتی، تدفینی و دگرگونی کاتاکلاستیک. از انواع سنگ‌های دگرگونی می‌توان به مرمر، کوارتزیت، گنیس، سنگ لوح، شیست و فیلیت اشاره کرد. هریک از این سنگ‌ها، در نتیجۀ یکی از فرایندهای دگرگونی که در بالا بیان شد ایجاد می‌شوند. جهت دریافت اطلاعات کامل، با کوهِ سنگ همراه باشید.

سنگ دگرگونی چیست؟

از تغییرات فیزیکی و شیمیایی سنگ‌های آذرین و رسوبی بر اثر اعمال فشارهایی بیش از 100 مگاپاسکال و درجه حرارت 150 تا 750 درجۀ سانتیگراد، سنگ‌هایی شکل می‌گیرد که سنگ دگرگونی نام دارند. این تغییرات می‌تواند در سنگ‌های دگرگونی قبلی نیز ایجاد شود و آن‌ها را مجدداً دگرگون سازد. فشار و حرارت، دو عامل مهم و اصلی دگرگون کردن سنگ‌ها محسوب می‌شوند. بدون این دو عامل، سنگ دگرگونی تشکیل نخواهد شد. چنین شرایطی (وجود فشار و حرارت) در اعماق زمین (فشار)، در محل برخورد صفحات تکتونیکی (حرارت و فشار توأم) و در مجاورت توده‌های ماگمایی نفوذی (حرارت) برقرار است. متامورفیسم (Metamorphism) به معنای دگرگونی است و متامورفیک راک (Metamorphic rock) به معنای سنگ دگرگونی و معادل انگلیسیِ آن است.

توجه داشته باشید که فرایند دگرگونی، سنگ‌ها را ذوب نمی‌کند. به بیان دیگر، دگرگونی بدون آنکه سنگ را ذوب کند، آن را تغییر می‌دهد و سنگ جدید می‌سازد. زیرا دمای 150-200 درجه که دمای دگرگونی است، باعث ذوب نمی‌شود. آغاز دگرگونی در بالاتر از دمای 150 درجۀ سانتیگراد و با ظهور کانی‌های لاوسونیت و لامونتیت مشخص می‌شود. حد فوقانی درجات دگرگونی نیز با ظهور میگماتیت مشخص می‌شود.

دما و فشار در شکل گیری سنگ های دگرگونی

همانطور که قبلا هم بیان شد، مهمترین عوامل فیزیکی که در دگرگونی سنگ ها نقش دارند، فشار و گرما هستند.

الف-  گرما و حرارت

در اعماق کم، تغییرات درجه حرارت در درون زمین، به تغییرات عمق بستگی دارد. یعنی به ازای هر صد متر که از سطح زمین به طرف عمق زمین پیش برویم، 3 درجۀ سانتیگراد بر دما اضافه می‌شود. البته استثناهایی نیز وجود دارد. مثلاً در مناطق آتشفشانی، ممکن است به ازای هر سه متر افزایش عمق، یک درجه افزایش دما داشته باشیم. حتی در مناطقی که فرسایش شدید عمل کرده است، گرادیان زمین گرمایی بالاتر است. اما این روند تا یک عمق خاص وجود دارد. در اعماق بیشتر، این تفاوت‌ها از بین می‌رود و منحنی‌های ژئوترم بر هم منطبق می‌شوند.

به طور کلی، می توان گفت که گرادیان زمین گرمایی معمولاً بین 15 تا 30 درجۀ سانتیگراد به ازای هر کیلومتر (1000 متر) تغییر می‌کند. وجود توده‌های ماگمایی نفوذی در یک منطقه، گرما و حرارت لازم برای پخته شدن سنگ دیواره اطراف توده را فراهم می‌کند و در صورت مساعد بودن شرایط می‌تواند انواع سنگ دگرگونی مجاورتی را تولید کند.

ب- فشار از عوامل دگرگون ساز و سازندۀ سنگ دگرگونی

فشارهای مؤثر بر دگرگون کردن سنگ‌ها، انواع مختلفی دارند که در اینجا بیان می‌شود.

• فشار همه جانبه: فشاری است که به طور یکسان، از هر طرف به یک نقطه وارد آید. فشار همه جانبه به سنگ‌ها را فقط در داخل زمین می‌توانیم داشته باشیم.
• فشار لیتواستاتیک: به فشار ناشی از وزن سنگ‌های بالایی، فشار لیتواستاتیک می‌گوییم.
• فشار جهت دار: گاهی فشار وارد بر سنگ‌ها، در بعضی جهات بیشتر است. در این حالت، بر حسب جهت و شدت فشار و سایر عوامل، تغییراتی مانند فولیاسیون، چین خوردگی و گسلش رخ می‌دهد. فولیاسیون و چین خوردگی، در تشخیص و تمایز سنگ دگرگونی از دیگر گروهای سنگی مثل سنگ آذرین و سنگ های رسوبی، بسیار کمک کننده است.
• فشار سیالات: در شرایط دگرگونی، موادّ فرار موجود در منافذ و شکاف‌ها، اغلب به عنوان فاز سیال عمل می‌کند. به این فشار، فشار سیالات می‌گوییم.
• انحلال بر اثر فشار: این پدیده را می‌توان ادغامی از عملکرد فشار جهت‌دار و فشار سیالات در نظر گرفت.

همانطور که در شکل زیر ملاحظه می‌کنید، عملکرد دما و فشار توأمان با هم و یا برتری یکی از این عوامل بر دیگری، سبب به وجود آمدن انواع سنگ‌های دگرگونی در اعماق مختلف زمین می‌شود. به عنوان مثال، سنگ دگرگونی هورنفلس در کمترین عمق و در محدودۀ دمایی 270 تا 700 درجه سانتیگراد شکل می‌گیرد. پس برای تشکیل هورنفلس، نیازی به فشارهای زیاد نیست. در مقابل، اکلوژیت را داریم که علاوه بر دمای بالا (550-800 درجۀ سانتیگراد) به فشار زیاد نیاز برای شکل گیری نیاز دارد (حدود 1.3 – 2.5 گیگاپاسکال).

انواع دگرگونی و سنگ های حاصل از آن

هر سنگ دگرگونی که در طبیعت شکل می گیرد، تحت تأثیر یک فرایند دگرگونی قرار گرفته است. چند فرایند دگرگونی وجود دارد که مسئول به وجود آوردن سنگ های متاموفیک هستند. بسته به شرایط زمین شناسی منطقه، یکی از این فراینده ها رخ می دهد. این فرایندها عبارتند از:

1. دگرگونی ناحیه ای
2. دگرگونی مجاورتی
3. دگرگونی دینامیکی
4. دگرگونی دفنی

1- سنگ دگرگونی ناحیه ای

بر اثر فشارهای تکتونیکی که بر یک ناحیه خاص از زمین وارد می‌آید، ایجاد می‌شوند. نشانه و ویژگی بارز سنگ‌های دگرگونی ناحیه‌ای که منجر به شناسایی و تشخیص‌شان می‌شود، پهن شدن و یا نواری شدن کانی‌ها است. فشار ناحیه‌ای و جهت‌دار تکتونیکی حاکم بر یک منطقه، باعث می‌شود که کانی‌های موجود در سنگ‌های آن منطقه رشد کنند و در حین این رشد، پهن و یا کشیده شوند و در امتداد و ردیف‌های منظم قرار گیرند. در نتیجۀ این فشارهای جهت دار و حرارت اندکی که در حین فشار وارد می شود، بافت خاصی در سنگ ایجاد می‌شود که بافت فولیاسیون نام دارد. بنابراین، فولیاسیون نشانه‌ای برای شناسایی سنگ‌های دگرگونی، آن هم از نوع دگرگونی ناحیه ‌ای است.

2- سنگ های دگرگونی مجاورتی

سنگ دگرگونی مجاورتی به سنگ هایی گفته می‌شود که در معرض حرارت‌های ناشی از حضور یک تودۀ ماگمایی قرار گرفته‌اند و این حرارت، سبب پخته شدن آن‌ها شده است. در دگرگونی مجاورتی، ساختار کانی شناسی سنگ، بدون دخالت افزایش فشار تغییر می‌کند و سنگ جدید ساخته می‌شود. پس در اینجا، فقط حرارت و افزایش دمای ناشی از آن، در شکل‌گیری سنگ دگرگونی نقش دارد. مرمر و لاجورد، از جمله سنگ‌هایی هستند که بر اثر دگرگونی مجاورتی شکل می‌گیرد.

3- دگرگونی دفنی

در شرایطی که سری عظیمی از رسوبات یا سنگ‌های آتشفشانی، روی هم انباشته شوند، فشار و دما افزایش می‌شود. در این حالت، دگرگونی دفنی (انباشتی) ایجاد می‌شود. بر اثر این دگرگونی، ساخت اولیه سنگ محفوظ باقی می‌ماند. هیچ ساخت جهت‌داری در سنگ دگرگونی ایجاد نمی‌شود. در دگرگونی دفنی، اهمیت و نقش دما بیشتر از نقش فشار است.

4- دگرگونی دینامیکی و سنگ های حاصل از آن

دگرگونی دینامیکی در ارتباط با سطوح گسلی بزرگ و یا روراندگی‌‌ها مهم مشاهده می‌شود. از این رو، این دگرگونی تحت تأثیر حرکات مکانیکی شدید قرار دارد. نوع سنگ میزبان گسل، در ایجاد نوع سنگ دگرگونی نقش مهمی دارد.

• اگر سنگ میزبان گسل، توده‌ای شکل و مقاوم باشد، دگرگونی مکانیکی آن را به سنگی دانه ریز به نام میلونیت تبدیل می‌کند.
• اگر سنگ میزبان گسل از نوع شیل، اسلیت و یا شیست باشد، فیلونیت ایجاد می‌شود.
• درفیلونیت و میلونیت هایی که خردشدگی بسیار شدید است، پسدوتاکی لیت تشکیل می‌شود.

کانی های دگرگونی

یک سری کانی‌های خاص وجود دارند که مخصوص سنگ‌های دگرگونی هستند و فقط در این سنگ‌ها تشکیل می‌شوند. به این کانی‌ها، کانی‌های دگرگونی گفته می‌شود. حضور آن‌ها در هر سنگی، معرف و نشانۀ این است که آن سنگ، یک سنگ دگرگون شده است. مهمترین و رایج‌ترین کانی‌های سنگ‌های دگرگونی عبارتند از:

گارنت: یک کانی بسیار زیبا و بسیار مقاوم است. جزء کانی‌های قیمتی محسوب می‌شود. وجود آن در هر سنگی، مُعرّف این است که سنگ در شرایط دگرگونی، آن هم دگرگونی ناحیه‌ای ایجاد شده است. گارنت‌ها انواع مختلفی دارند: گارنت دمانتوئید و آلماندین نمونه‌هایی از انواع گارنت هستند. سنگ دگرگونی گارنت شیست، از جمله سنگ‌هایی است که می‌توان گارنت را در آن پیدا کرد.

آندالوزیت: وجود آندالوزیت در هر سنگی، نشان می‌دهد که آن سنگ در شرایط دگرگونی دما پایین و کم فشار شکل گرفته است.

دیستن (کیانیت): جزء کانی‌های فشار بالاست، یعنی در فشارهای زیاد ایجاد می‌شود. وجود آن در هر سنگی، نشان می‌دهد که آن سنگ در شرایط دگرگونی تحت فشار (مثل دگرگونی تدفینی) شکل گرفته است.

سیلیمانیت: وجود سیلیمانیت در هر سنگ دگرگونی، نشان از شرایط فشاری و دمایی بالا در زمان تشکیل سنگ دارد.

سه کانی آندالوزیت، دیستن و سیلیمانیت، پلی مورف هستند و یکی از متداول‌ترین پلی‌مورف‌ها محسوب می‌شوند. پلی مورفیسم پدیده‌ای است که به موجب آن، یک ماده تحت شرایط فیزیکی متفاوت، به بیش از یک فرم بلورین دیده می‌شود. به عنوان مثال، ترکیب شیمیایی Al₂SiO₅ در شرایط مختلف دما و فشار به سه صورت زیر تغییر می‌کند:

• در شرایط فشار کم و دمای کم: آندالوزیت.
• در شرایط فشار زیاد و دمای کم: دیستن.
• در شرایط فشار زیاد و دمای بالا: سیلیمانیت.

مهمترین انواع سنگ های دگرگونی کدامند؟

مرمر، کوارتزیت، گنیس، سنگ لوح، شیست و فیلیت مهمترین و معروف‌ترین سنگ‌های متامورفیک هستند. عکس تعدادی از این سنگ های دگرگونی را می‌توانید در تصویر زیر مشاهده کنید.

مرمر لوکس ترین سنگ دگرگونی

مرمر یک سنگ آهک دگرگون شده است. بلورهای کوچک کلسیت در سنگ آهک و سنگ گچ رسوبی به بلورهای بزرگتر در سنگ مرمر دگرگونی تبدیل می‌شوند. آنچه باعث این فرایند و تغییر می‌شود، افزایش فشار است (دگرگونی ناحیه ای).

 سنگ مرمر بر اثر درجات مختلف دگرگونی مجاورتی نیز ایجاد می‌شود. در این صورت، بسته به سنگ مادر، در دماهای مختلف انواع مرمر شکل می‌گیرد:

• مرمر تالک دار: در دمای کمتر از ̊C550 از سنگ مادر دولومیتی ناخالص ایجاد می‌شود.
• مرمر دیوپسید دار: در دمای ̊C500-650 از سنگ مادر دولومیتی ناخالص ایجاد می‌شود.
• مرمر ترمولیت دار: در دمای حدود ̊C500-720 و فشار حدودِ 5 کیلوبار، از سنگ مادر دولومیتی ناخالص ایجاد می‌شود. این مرمر در رخسارۀ آمفیبولیت متوسط تا قوی شکل می‌گیرد.
• مرمر فورستریت دار: در دمای بیش از کمتر از ̊C700 و فشار 5 – 8 کیلوبار در حضور آب تولید می‌شود. این مرمر در رخسارۀ گرانولیت شکل می‌گیرد.

مرمر یک سنگ دگرگونی محبوب و لوکس است و همواره کاربردهای خاص خود را داشته و دارد. از استفاده به عنوان سنگ نما گرفته تا استفاده به عنوان سنگ کف سالن های پذیرایی و ساختمان‌های لوکس. هر قدر مرمر خالص‌تر باشد، نشان از این دارد که سنگ مادرش خالص بوده (فقط آهک و دولومیت بوده است). حاصل چنین سنگ مادری، سنگ مرمر درجه یک خواهد بود. بدیهی است که قیمت سنگ مرمر درجه یک بالاتر از سنگ‌های حاوی ناخالصی و رگه است.

کوارتزیت سنگ دگرگونی بسیار بادوام

کوارتزیت یک ماسه سنگ دگرگون شده است. در ماسه سنگ دگرگون شده، تبلور مجدد دانه‌های ماسه کوارتز اصلی منجر به کوارتزیت بسیار فشرده می‌شود که به عنوان متاکوارتزیت نیز شناخته می‌شود. در متاکوارتزیت، بلورهای کوارتز اغلب بزرگتر به هم متصل می‌شوند. دما و فشار بالا هر دو به تبلور مجدد کوارتز کمک می‌کنند. دمای بالا به اتم‌ها و یون‌های کریستال‌های جامد اجازه مهاجرت می‌دهد، در نتیجه کریستال‌ها را سازمان‌دهی مجدد می‌کنند. فشارهای بالا نیز باعث حل شدن کریستال‌های درون سنگ در نقطه تماس‌شان می‌شود.

شیست فراوان ترین سنگ دگرگونی

شیست ها فراوان‌ترین سنگ های متامورفیسم هستند. انواع مختلفی از شیست‌ها وجود دارد؛ مثل شیست سبز و شیست آبی. شیست‌ها بافت خاصی دارند. به این صورت که به دلیل آنکه تحت فشار جهت‌دار قرار می‌گیرند، کانی‌ها در یک امتداد خاص و با اندکی پهن شدگی ردیف می‌شوند و حالتی ایجاد می‌کنند که به اصطلاح به آن شیستوزیته می‌گویند. سنگ های آذرین بازیک و اولترابازیک، سنگ های رسوبی مثل رس‌ها، آهک و شیل‌ها، همگی می‌توانند بر اثر دگرگونی ناحیه ای، به انواع مختلف شیست‌ها تبدیل شوند. دگرگون شدن رس‌ها آن‌ها را به سنگ‌هایی بسیار زیبا به نام میکاشیست تبدیل می‌کند.

کاربرد سنگ های دگرگونی

سنگ های متامورفیک کاربردهای بسیار متنوعی دارند. برخی از مهمترین کاربردهای این سنگ‌ها را در ادامه بیان کرده‌ایم.

• از سنگ دگرگونی اسلیت به عنوان کفپوش باغ، ویلا و بوستان‌ها، پوشانندۀ سقف‌های شیروانی و همچنین برای ساخت تخته سیاه استفاده می‌شود. این سنگ همچنین به عنوان مادۀ پُر کننده در صنایع مختلف کاربرد دارد.
• از مرمر، کوارتزیت و گنیس به عنوان سنگ نما، سنگ کف، سنگ کابینت و سنگ سرویس بهداشتی استفاده می‌شود. در دکوراسیون داخلی به عنوان سنگ پشت تلوزیون و تزئین راهروهای ورودی کاربرد دارد.
• گارنت به عنوان یک کانی دگرگونی بسیار محکم و زیبا، در جواهر سازی به عنوان نگین کاربرد دارد. همچنین به دلیل سختی بالایی که دارد، به عنوان مادۀ ساینده در صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرد.