Batuan metamorf

Batuan metamorf atau batuan malihan^[1] adalah salah satu kelompok utama batuan yang merupakan hasil transformasi atau ubahan dari suatu tipe batuan yang telah ada sebelumnya, protolith, oleh suatu proses yang disebut metamorfisme, yang berarti "perubahan bentuk".^[2] Batuan asal atau protolith yang dikenai panas (lebih besar dari 150 °Celsius) dan tekanan ekstrem (1500 bar),^[3] akan mengalami perubahan fisika dan/atau kimia yang besar. Protolith dapat berupa batuan sedimen, batuan beku, atau batuan metamorf lain yang lebih tua.

Batuan metamorf membentuk bagian yang cukup besar dari kerak bumi dan diklasifikasikan berdasarkan tekstur, selain juga oleh susunan mineral dan susunan kimianya (fasies metamorfik). Batuan jenis ini dapat terbentuk secara mudah akibat berada dalam kedalaman tinggi, mengalami suhu tinggi dan tekanan besar dari lapisan batuan di atasnya. Mereka dapat terbentuk dari proses tektonik seperti tabrakan benua, yang menyebabkan tekanan horisontal, gesekan dan distorsi. Mereka juga terbentuk ketika batuan terpanaskan oleh intrusi dari batuan cair dan panas yang disebut magma dari interior bumi. Studi tentang batuan metamorf ( yang sekarang tersingkap di permukaan bumi akibat erosi dan pengangkatan) memberikan informasi tentang suhu dan tekanan yang terjadi pada kedalaman yang besar dalam kerak bumi. Beberapa contoh batuan metamorf adalah slate, filit, sekis, gneis, dan lain-lain.

Mineral-mineral metamorfik

Mineral metamorfik adalah mineral yang terbentuk hanya pada suhu dan tekanan tinggi terkait dengan proses metamorfosis. Mineral ini, yang dikenal sebagai mineral - mineral indeks, termasuk silimanit, kyanit, staurolit, andalusit, dan beberapa garnet.

Mineral lainnya, seperti olivin, piroksen, ampibol, mika, feldspar, dan kuarsa dapat ditemukan dalam batuan metamorf, tetapi belum tentu merupakan hasil dari proses metamorfisme. Mineral ini terbentuk selama kristalisasi batuan beku. Mereka stabil pada suhu dan tekanan tinggi yang secara kimia tidak berubah ketika selama terjadinya proses metamorfisme. Namun, semua mineral stabil hanya dalam batas-batas tertentu, dan adanya beberapa mineral dalam batuan metamorf menunjukkan perkiraan suhu dan tekanan di mana mereka terbentuk.

Perubahan ukuran partikel batuan selama proses metamorfisme disebut rekristalisasi. Misalnya, kristal kalsit kecil pada batugamping berubah menjadi kristal yang lebih besar di marmer pada batuan metamorf, atau dalam batupasir yang termetamorfosis, rekristalisasi dari kuarsa asal butir-butir pasir menghasilkan kuarsit yang sangat kompak, atau biasa disebut dengan metakuarsit, di mana kristal kuarsa yang lebih besar biasanya saling bertautan. Baik suhu maupun tekanan yang tinggi berkontribusi terhadap rekristalisasi. Temperatur yang tinggi memungkinkan atom dan ion dalam kristal padat untuk bermigrasi, sehingga membentuk suatu susunan pada kristal, sementara tekanan tinggi menyebabkan pelarutan kristal dalam batuan di titik kontak mereka.

Foliasi

Perlapisan dalam batuan metamorf disebut foliasi (berasal dari kata Latin folia, yang berarti "daun"). Foliasi terbentuk ketika batuan memendek di salah satu sumbu pada rekristalisasi. Hal ini menyebabkan platy atau kristal yang memanjang dari mineral, seperti mika dan klorit, memutar agar sumbu panjang mereka tegak lurus terhadap orientasi sumbu yang memendek. Hal ini menghasilkan batuan yang berpita-pita, atau berfoliasi, dengan pita-pita yang menunjukkan warna mineral yang membentuk mereka.

Tekstur dipisahkan ke dalam kategori foliasi dan non foliasi. batuan ber-foliasi adalah produk stress diferential yang men-deformasi batuan dalam satu bidang, kadang-kadang menciptakan sebuah bidang belahan. Misalnya, batusabak adalah batuan metamorf berfoliasi, yang berasal dari serpih. Batuan non-foliasi tidak memiliki pola strain planar .

Batuan yang mengalami tekanan seragam dari semua sisi, atau mereka yang kekurangan mineral dengan kebiasaan pertumbuhan yang khas, tidak akan ber-foliasi. Di mana batuan telah dikenakan diferensial stress, jenis foliasi yang berkembang tergantung pada tingkatan metamorfisme (grade). Misalnya, dimulai dengan sebuah batulumpur, urutan berikut berkembang dengan meningkatnya suhu: batusabak adalah batuan metamorf yang sangat halus dan berfoliasi, yang merupakan karakteristik tingkat metamorfisme yang sangat rendah, sementara filit berbutir halus dan berada pada tingkatan metamorfisme rendah, sekis berbutir sedang hingga kasar dan ditemukan di daerah dengan tingkat metamorfisme sedang dan terakhir gneis berbutir kasar hingga sangat kasar, ditemukan di daerah dengan tingkat metamorfisme yang tinggi.^[4] Marmer umumnya tidak berfoliasi,, yang memungkinkan penggunaannya sebagai bahan untuk patung dan arsitektur.

Mekanisme lain yang penting dari metamorfisme adalah bahwa reaksi kimia yang terjadi antara mineral terjadi tanpa mencairnya mereka. Dalam proses ini, atom dipertukarkan antara mineral, dan dengan demikian mineral baru terbentuk. Banyak reaksi suhu tinggi kompleks mungkin terjadi, dan masing-masing kumpulan mineral yang diproduksi memberikan kita petunjuk mengenai suhu dan tekanan pada saat terjadinya metamorfisme.

Metasomatisme adalah perubahan drastis komposisi kimia batuan yang sering terjadi selama proses metamorfisme. Hal ini terjadi karena pengenalan bahan kimia pada batuan dari batuan sekitarnya. Air dapat mengangkut bahan kimia ini dengan cepat melalui jarak yang jauh. Karena peran yang dimainkan oleh air, batuan metamorf umumnya mengandung banyak unsur yang awalnya tidak ada pada batuan asal, dan kekurangan beberapa unsur yang awalnya hadir. Namun, pengenalan bahan kimia baru tidak diperlukan pada rekristalisasi.

Tipe-tipe metamorfisme

Batuan metamorf dapat dibedakan menjadi berikut ini:

Metamorfisme kontak

Metamorfisme kontak adalah nama yang diberikan untuk perubahan yang terjadi ketika magma disuntikkan ke batuan padat di sekelilingnya (country rock). Perubahan ini merupakan perubahan terbesar di mana pun magma kontak dengan batuan karena suhu tertinggi terjadi pada batas ini dan menurun bila semakin jauh dengan kontak. Zona yang bermetamorfisme di sekitar batuan beku yang terbentuk dari pendinginan magma disebut aureole kontak metamorfisme. Aureole menunjukkan semua derajat metamorfisme dari area kontak hingga area non-metamorfisme (tidak berubah) pada country rock yang jauh dari area kontak. Pembentukan mineral bijih yang penting dapat terjadi oleh proses metasomatisme pada atau di dekat zona kontak.

Ketika batuan kontak terubah oleh intrusi beku, batuan terubah ini umumnya menjadi lebih keras dan memiliki kristalin kasar. Banyak batuan terubah dari metamorfisme kontak biasa disebut batutanduk (hornfels atau hornstone). Istilah ini sering digunakan oleh ahli geologi untuk menandakan mereka berbutir halus, kompak, dan merupakan produk non-foliasi dari metamorfisme kontak. Sebuah serpih bisa menjadi batutanduk berlempung gelap (argillaceous hornfels), penuh dengan lempeng - lempeng biotit kecoklatan; sebuah napal atau batugamping tidak murni dapat berubah menjadi batutanduk-silikat-gampingan atau marmer silikaan berwarna abu-abu, kuning atau kehijauan. Sebuah diabas atau andesit dapat berubah menjadi batutanduk diabas atau batutanduk andesit dengan pengembangan hornblende dan biotit baru dan rekristalisasi parsial dari feldspar asal. Rijang atau batuapi mungkin dapat berubah menjadi batuan kristalin kuarsa yang halus; Batupasir yang kehilangan struktur klastik dan diubah menjadi mosaik butiran kecil kuarsa yang saling berdekatan dalam batuan metamorf disebut kuarsit.

Jika batuan pada awalnya ber-foliasi atau ber-pita - pita(seperti misalnya batupasir dengan tekstur laminasi ) karakter ini tidak dapat dilenyapkan, dan batutanduk ber-foliasi dihasilkan; fosil bahkan mungkin akan terawetkan dalam batuan metamorf, meskipun sepenuhnya direkristalisasi, dan dalam banyak lava kontak-terubah, vesikula masih dapat terlihat, meskipun kandungannya biasanya merupakan kombinasi baru dan membentuk mineral yang awalnya tidak hadir.

Akibat rekristalisasi dengan cara ini batuan aneh dengan jenis yang sangat berbeda sering diproduksi. Jadi serpih mungkin bisa berubah menjadi batuan - batuan kordierit, atau mungkin menunjukkan kristal - kristal besar andalusit (dan chiastolit), staurolit, garnet, kyanit dan sillimanit, semua berasal dari isi alumina dari serpih asal. Sejumlah besar mika (baik muskovit dan biotit) sering bersamaan terbentuk, dan produk yang dihasilkan memiliki kemiripan dekat dengan banyak jenis sekis. Batugamping, jika murni, sering berubah menjadi marmer - marmer kristalin kasar; tetapi jika ada campuran dari lempung atau pasir di batuan asal maka mineral - mineral seperti garnet, epidot, idokras,dan wollastonit akan hadir. Batupasir ketika dipanaskan sangat mungkin berubah menjadi kuarsit yang terdiri dari butir - butir kasar kuarsa yang jelas. Tahap - tahap pengubahan intens ini tidak begitu sering terlihat di batuan beku, karena mineral mereka, yang terbentuk pada suhu tinggi, tidak begitu mudah berubah atau direkristalisasi.

Dalam beberapa kasus, batuan-batuan menyatu dan spinel, sillimanit dan kordierit dapat terpisahkan. Serpih kadang-kadang terubah oleh dike basalt, dan batupasir feldspatik dapat sepenuhnya mengalami vitrifikasi. Perubahan serupa dapat dirangsang di serpih dengan pembakaran seam batubara atau bahkan oleh tungku biasa.

Ada juga kecenderungan untuk metasomatisme antara magma beku dan batuan sedimen, dimana bahan kimia di setiap batuan dipertukarkan atau diperkenalkan ke yang lain. Granit dapat menyerap fragmen serpih atau potongan basal. Dalam hal ini, batuan hybrid yang disebut skarn muncul, yang tidak memiliki karakteristik normal batuan beku atau sedimen. Kadang-kadang intrusi magma menembus bebatuan sekitar, mengisi kekar - kekar dan bidang perlapisan, dengan sejumlah kuarsa dan feldspar. Hal ini sangat jarang terjadi namun kemungkinan keterjadiannya ada dan dalam skala besar.^[5]

Metamorfisme regional

Metamorfisme regional, juga dikenal sebagai metamorfisme dinamik, adalah nama yang diberikan untuk perubahan yang terjadi pada massa besar batuan di wilayah yang luas. Batuan dapat bermetamorfosis hanya dengan berada di kedalaman besar di bawah permukaan bumi, mengalami suhu tinggi dan mengalami tekanan yang besar disebabkan oleh berat yang sangat besar dari lapisan batuan di atasnya. Sebagian besar kerak benua bagian bawah adalah batuan metamorf, selain juga ada intrusi batuan beku yang baru terbentuk. Pergerakan tektonik horizontal seperti tumbukan benua menghasilkan sabuk orogenik, menyebabkan tingginya suhu, tekanan, dan deformasi di batuan sepanjang sabuk tersebut. Jika batuan metamorf yang terbentuk kemudian terangkat dan tersingkap akibat erosi, mereka dapat tersingkap di dalam sabuk panjang tersebut atau daerah besar lainnya di permukaan. Proses metamorfosis mungkin telah menghancurkan fitur asli yang bisa mengungkapkan sejarah batuan sebelumnya. Rekristalisasi batuan akan menghancurkan tekstur dan fosil yang hadir dalam batuan sedimen. Metasomatisme akan mengubah komposisi asli.

Metamorfisme regional cenderung membuat batuan lebih keras dan pada saat yang sama menyebabkan terbentuknya tekstur foliasi, skistos, atau gneis, yang terdiri dari susunan planar mineral, sehingga menyebkan mineral - mineral lempeng atau prismatik seperti mika dan hornblende memiliki sumbu - sumbu terpanjang yang sejajar satu sama lain. Itulah sebabnya banyak dari batuan ini berlapis - lapis dalam satu arah sepanjang sepanjang zona-zona bantalan mika (mica-bearing zone pada sekis). Dalam gneis, mineral juga cenderung dipisahkan dalam bentuk pita - pita; sehingga ada perselingan kuarsa dan mika pada sekis mika, sangat tipis, tetapi pada dasarnya tiap lapisan atau pita terdiri dari satu mineral. Sepanjang lapisan mineral yang terdiri dari serpih-serpih, batuan akan mudah terpecah. Selain itu, gneis juga mengandung lebih banyak feldspar daripada sekis, dan lebih keras serta kurang menyerpih. Pita - pita skistos dan gneis (dua jenis utama foliasi) terbentuk oleh tekanan terarah pada suhu tinggi, dan gerakan interstitial atau aliran internal menyusun partikel - partikel mineral ketika mereka mengkristal dalam bidang tekanan terarah tersebut.

Batuan asal batuan sedimen dan batuan beku dapat bermetamorfosis menjadi sekis dan gneis. Komposisi batuan asal semakin sulit dibedakan apabila derajat metamorfisme semakin tinggi. Sebuah kuarsa-porfiri dan batupasir feldspatik dapat bermetamorfosis menjadi mika-sekis abu-abu atau merah muda.^[5]

Metamorfisme kataklastik

Metamorfisme kataklastik terjadi sebagai akibat dari deformasi mekanis, seperti ketika dua tubuh batuan bergeser melewati satu sama lain sepanjang zona sesar. Gesekan di sepanjang zona geser menghasilkan panas, dan batuan terdeformasi secara mekanik. Batuan tersebut hancur dan tertumbuk akibat pergeseran tersebut. Metamorfisme kataklastik tidak umum terjadi terbatas di zona sempit dimana sesar mendatar terjadi.

Metamorfisme hidrotermal

Batuan yang terubah pada suhu tinggi dan tekanan sedang akibat cairan hidrotermal disebut mengalami metamorfisme hidrotermal. Hal ini biasa terjadi dalam batuan basaltik yang umumnya kekurangan mineral - mineral hidrat. Metamorfisme hidrotermal menyebabkan alterasi menjadi mineral - mineral hidrat kaya Mg - Fe seperti talk, klorit, serpentin, aktinolit, tremolit, zeolit, dan mineral lempung. Endapan kaya bijih sering terbentuk akibat metamorfisme hidrotermal.

Metamorfisme tindihan

Ketika batuan sedimen terkubur sampai kedalaman beberapa ratus meter, suhu yang lebih besar dari 300^oC dapat berkembang tanpa adanya stres diferensial. Mineral baru tumbuh, tetapi batuan tidak tampak bermetamorfosis. Mineral utama yang dihasilkan biasanya adalah Zeolit. Metamorfosis tindihan tumpang tindih dengan diagenesis sampai batas tertentu, dan metamorfisme ini dapat berubah menjadi metamorfisme regional seiring meningkatnya suhu dan tekanan.

Metamorfisme dampak (impact metamorphism/shock metamorphism)

Ketika material luar bumi, seperti meteorit atau komet jatuh ke bumi Bumi atau jika ada ledakan gunung berapi yang sangat besar, tekanan sangat tinggi dapat terjadi pada batuan - batuan yang terkena dampak. Tekanan-tekanan yang sangat tinggi dapat menghasilkan mineral yang hanya stabil pada tekanan yang sangat tinggi, seperti polimorf SiO2 seperti koesit dan stishofit. Selain itu mereka dapat menghasilkan tekstur yang dikenal sebagai shock lamellae di butiran mineral, dan tekstur seperti kerucut pecah di batuan yang berdampak.