Metamorfose betekent verandering. Een keer uitgebreid naar de kapper of beter nog naar de schoonheidspecialist en iemands uiterlijk is compleet veranderd. Kortom, mensen ondergaan soms een metamorfose.
Metamorfose is ook in de geologie geen onbekend begrip. In deze tak van wetenschap
heeft metamorfose eveneens met verandering te maken, maar dan
van gesteenten. Gesteenten kunnen zodanig van samenstelling en
uiterlijk veranderen, dat ze in geen enkel opzicht op het oorspronkelijke
gesteente lijken. Bij metamorfose worden mineralen langs chemische
weg omgezet. Metamorfe gesteenten noemt men daarom ook wel
omzettingsgesteenten.
 |
| Veel insecten, waaronder vlinders, maken ook een metamorfose door. De gedaanteverwisseling verloopt van larve via het popstadium naar het volgroeide dier, in dit geval een Monarchvlinder. |
 |
 |
|
Grijze Revsundgraniet - Zwerfsteen van Exloo (Dr.).
Dit grootkorrelige gidsgesteente uit Noord-Zweden is te herkennen aan zijn grote hoekige en tabletvormige kristallen van kaliveldspaat. De plagioklaas is geelwit van kleur. Kwarts vormt onregelmatige grijze aggregaten. |
Ogengneis - Zwerfsteen van Werpeloh (Dld.).
Gesteenten die metamorfoseren veranderen dusdanig dat ze een geheel ander uitelijk krijgen. Qua mineraalinhoud komt de gneis op de foto overeen met de graniet hiernaast, maar de structuur is door druk en verhoogde temperatuur, diep in de aardkorst, totaal veranderd. De grijswitte kaliveldspaten zijn lens- of oogvormig geworden. De overige mineralen, waaronder geelwitte plagioklaas en biotiet voegen zich om de ogen van kaliveldspaat heen.
|
Wat is metamorfose
Metamorfose is een proces waarbij twee variabelen een hoofdrol
spelen: het fysisch milieu en de chemische samenstelling van het
gesteente. Het eerste houdt verband met de locatie in de aardkorst
en de omstandigheden die daar heersen, de tweede factor wordt
bepaald door de chemische bestanddelen waar gesteenten uit zijn
opgebouwd.
Bij metamorfose vallen de minerale bestanddelen in het gesteente uiteen in hun
samenstellende bouwstenen. Dit vindt doorgaans plaats op grote diepte in de aardkorst.
De omstandigheden in diepere delen van de aardkorst zijn oorzaak
dat deze elementaire bouwstenen andere combinaties met elkaar vormen,
waardoor uiteindelijk nieuwe mineralen ontstaan. Deze omzetting leidt ertoe dat
uiteindelijk geheel nieuwe gesteenten ontstaan.
 |
 |
|
Kleisteen - Brantevik, Zweden.
Kleisteen is samengeperste klei dat een groot deel van het aanhangend water heeft verloren. De kleideeltjes zijn zo dicht samengepakt dat een betrekkelijk hard gesteente ontstaat. Bij het ontbreken van een duidelijke gelaagdheid wordt dit kleisteen genoemd. |
Hoornblendegneis - Zwerfsteen van Werpeloh, Dld.
Een petrografisch juistere naam voor dit gesteente is: gneis met hoornblende-porfyroblasten. Klei kan een wisselende samenstelling bezitten. Bij metamorfose onder invloed van druk en een verhoogde temperatuur gaat klei eerst over in leisteen en daarna in schist. Gneis wordt het pas als bij verdergaande metamorfose ook veldspaat in het gesteente verschijnt. |
Metamorfose is gewoonlijk een progressief proces, waarbij druk en
temperatuur toenemen, maar het omgekeerde komt ook voor. Bij
metamorfose verandert dus wel de structuur en de mineralogische
samenstelling van gesteenten, de chemische samenstelling blijft
grotendeels ongewijzigd. Toch komt het voor dat ook de chemische
samenstelling wijzigt. In dat geval spreken we van metasomatose.
Bij dit proces worden minerale bestanddelen, meestal in combinatie
met vluchtige stoffen, via microporiën aan- of afgevoerd. Dit
vindt vaak plaats in de nabijheid van een kristalliserend magmalichaam,
waarbij naast warmte veel vluchtige stoffen vrijkomen. Deze stoffen reageren met de mineralen
in het vaste gesteente eromheen, waardoor deze
omgezet worden. Hierbij ontstaan nieuwe mineralen en worden
bestaande afgebroken. Bij metasomatose verandert de chemische
samenstelling van het oorspronkelijk gesteente.
 |
 |
|
Alandrapakivi - Zwerfsteen van Borger (Dr.).
In dit roodachtige, porfierische granietgesteente vallen talrijke ronde, witomrande ovoïden op van kaliveldspaat. Ze zijn omgeven door een witte mantel van plagioklaas.Alandrapakivi noemt men ook wel 'ringetjesgraniet'. |
Metasomatiet - Zwerfsteen van Ees (Dr).
Het gesteente was oorspronkelijk een rapakivigraniet, vergelijkbaar met het gesteente hiernaast. Aan- en afvoer van bestanddelen heeft een omzetting veroorzaakt, waarbij kwarts en plagioklaas zijn verdwenen. De ovoïden zijn nog duidelijk herkenbaar, hoewel de kaliveldspaat daarvan grotendeels vervangen is door albiet. |
 |
 |
|
Metasomatiet - Zwerfsteen van Sellingerbeetse (Gr.).
Het oranje-rose gesteente bestaat grotendeels uit albiet, met hier en daar nog resten van kaliveldspaat en enige kwarts. Dergelijke zwerfsteentypen worden wel 'albietsyenieten' genoemd. In verweerde toestand kleuren deze roodachtige gesteenten door het hoge plagioklaasgehalte aan de buitenzijde wit. |
Metasomatiet - Zwerfsteen van Groningen.
Bovenstaand zwerfsteentype is aantrekkelijk door zijn kleurencombinatie van rode kaliveldspaat en groene epidoot. In de zwerfsteenkunde worden deze zwerfsteentypen wel 'Zweedse Helsinkiet' genoemd. Dit gesteente komt in allerlei variaties voor. |
Gesteenten zijn opgebouwd uit mineralen. Deze vormen doorgaans
kristallen, verschillend van vorm en kleur, zoals in graniet. Als we
graniet van dichtbij bekijken dan zien we een opeenhoping van
grotere en kleinere korrels, vlekjes en 'pitten'. Het zijn allemaal
kristallen. Tezamen vormen deze een mozaïek waarvan de onderdelen
hecht met elkaar vergroeid zijn. Naast graniet bestaan er nog talloze
andere gesteentesoorten: syeniet, gabbro, rhyoliet, basalt, gneis om
maar enkele te noemen. Dat gesteenten van elkaar verschillen is te
danken aan hun chemische en mineralogische samenstelling en de wijze
waarop ze zijn ontstaan.
De mineralogische samenstelling van een gesteente wordt behalve
door zijn chemie vooral bepaald door factoren als druk en temperatuur
tijdens de vorming. Dit betekent dat de mineralogische samenstelling
afhankelijk is van de diepte waarop het gesteente zich in de aardkorst
bevindt. Hoe dieper, hoe hoger druk en temperatuur. Bij gebergtevormende processen kunnen gesteenten als gevolg van (tektonische)
druk- en/of temperatuur zodanig beïnvloed worden, dat bepaalde
mineralen instabiel worden. Er vinden chemische reacties plaats,
waarbij mineralen worden omgezet en nieuwe gevormd. Dat sommige
mineralen hierbij ook fase-overgangen doormaken, laten we verder
buiten beschouwing.
 |
 |
|
Hoornrots - Hoge Veld, Norg (Dr.).
In deze dichte, grijze zwerfsteen zijn op het verweringsvlak donkere vlekjes zichtbaar van cordiriet. Hoornrots is een zeer variabel gesteente dat vooral door de hoge temperatuur van een zeer nabijgelegen hittebron is gemetamorfoseerd. Het uitgangsgesteente is niet meer herkenbaar. |
Granaatglimmerschist - Rolsteen, Oetztal bij Sölden, Oostenrijk.
Onder invloed van hoge druk en een niet zo hoge temperatuur veranderen kleiïge sedimenten via leisteen, fylliet in (glimmer)schisten. Afhankelijk van de samenstelling van het uitgangsgesteente kan het metamorfe product zeer verschillend van samenstelling en uiterlijk zijn. Meestal zijn schisten dunsplijtende gesteenten met veel zilverwitte muscovietglimmer, met verspreid daarin porfyroblasten, in dit geval van donkerrode granaat. |
Metamorfose kan zich beperken tot een deel van het gesteente, maar
kan op geologische schaal ook hele gesteentecomplexen omvatten. In
beide gevallen spreken we van metamorfe gesteenten. Om een voorbeeld
te noemen: verharde klei (kleisteen) kan bij hoge druk in de
aardkorst omgezet worden in leisteen en fylliet en vervolgens in
glimmerschist. Deze gesteenten verschillen in uiterlijk en mineralogische
samenstelling. Ze zijn gemetamorfoseerd. Leisteen lijkt misschien
in kleur op kleischalie, maar is totaal verschillend. Kleischalie kun je
vermalen waardoor het, met water vermengd, weer in plastische klei
verandert. Bij leisteen lukt dit niet.
Een ander voorbeeld komen we bij gabbro tegen. In gabbro's kunnen donkere mineralen als pyroxeen
(augiet) door wateropname geheel of gedeeltelijk worden omgezet in
amfibool terwijl de rest van het gesteente onveranderd blijft. Bij de
omzetting van pyroxeen vormt zich vaak een smalle, donkere zoom
(=corona) om het oorspronkelijke mineraal. Hier is dus sprake van een
gedeeltelijke omzetting van de mineralen. Dergelijke gabbro's noemt
men 'meta-gabbro' of vanwege de zoomvorming 'coronietische gabbro'.
 |
 |
|
Leisteen - Chemnitz, Dld.
Leisteen herinnert qua kleur en uiterlijk vaak aan kleisteen of kleischalie, waaruit het is ontstaan. Het gesteente ontstaat bij de vorming van gebergten (regionale metamorfose) ujit kleiïge sedimenten bij hoge druk en temperaturen van meer dan 200 graden. De aanwezigheid van silt of fijne zandlaagjes in het oorspronkelijke sediment is oorzaak dat leisteen alle mogelijke overgangen toont naar leikwartsiet. Door metamorfose zijn de kleimineralen in leisteen omgezet in nieuwe mineralen, vooral glimmer (sericiet). Dit laatste veroorzaakt de fijne zijdeglans van leisteen. |
Metagabbro - Zwerfsteen van Emmerschans (Dr.).
Door hun geologisch hoge ouderdom zijn veel zwerfsteengabbro's chemisch omgezet. De oorspronkelijk glasheldere plagioklaas is troebel geworden, vaak met omzettingsproducten van zwartgroene chloriet en groene epidoot er in. Het donkere mineraal in gabbro is voornamelijk pyroxeen (augiet). In deze steen is dit mineraal door wateropname deelsa omgezet in een vezelig type amfibool (actinoliet). Dit mineraal vormt zwartgroene zomen (= corona's) om de donkere aggregaten. De kern bestaat vaak nog uit pyroxeen. Dergelijke gabbro's noemt men ook wel coronietische gabbro's.
|
Terzijde
Gesteenten zijn opgebouwd uit verschillende mineralen in de vorm van kristallen of
fragmenten daarvan. Aangezien metamorfe gesteenten onder verschillende omstandigheden
uit andere gesteenten ontstaan, zou de verwachting kunnen zijn dat hun mineralogische
samenstelling eveneens afwijkt. Dit is echter maar ten dele het geval. In onderstaand
overzicht is te zien welke mineralen zowel in magmatische, sedimentaire als in metamorfe
gesteenten voorkomen en welke niet.
Mineralen die algemeen voorkomen in magmatische en metamorfe gesteenten:
Kwarts, kaliveldspaat, plagioklaas, muscoviet, biotiet, hoornblende, pyroxeen (augiet), magnetiet.
Mineralen die algemeen voorkomen in metamorfe en sedimentaire gesteenten:
Kwarts, muscoviet, klei mineralen, calciet, dolomiet.
Mineralen die hoofdzakelijk of uitsluitend in metamorfe gesteenten voorkomen:
Granaat, andalusiet, sillimaniet, stauroliet, kyaniet, cordieriet, epidoot, chloriet.
Metamorfose van gesteenten vindt plaats bij verhoogde druk en
temperatuur in de diepere delen van de aardkorst. Daarnaast is tijd
een factor van belang. Metamorfe processen voltrekken zich doorgaans
erg langzaam. Bij regionale metamorfose verstrijken vaak duizenden
en nog eens duizenden jaren voordat er zichtbare effecten
waarneembaar zijn. Hoewel metamorfe gesteenten bijzonder veel in
gebergten voorkomen, zullen geologen nooit getuige zijn van
hun ontstaan. De diepte waarop metamorfose plaats vindt is te groot, afhankelijk van de temperatuur ongeveer vanaf vijf kilometer
en meer.
 |
 |
|
Migmatiet (agmatiet) - Zwerfsteen van Groningen.
Migmatieten zijn ultrametamorfe gesteenten. Zij ontstaan op grote diepte in de aardkorst bij de vorming van ketengebergten. Bij hoge druk en temperatuur vindt voornamelijk stoftransport plaats via microporiën, waarbij het gesteente vast blijft. In sommige gevallen vindt echter opsmelting plaats, waarbij de makkelijkst smeltbare bestanddelen (kwarts en veldspaat) zich in aders en/of vlekken concentreren. Het gesteente in deze lichtkleurige gesteentedelen heeft het karakter van een richtinglooskorrelig stollingsgesteente. Migmatieten worden daarom ook wel menggneizen genoemd. Ze bestaan uit een (ouder) gneisgedeelte met daarin lichtkleurige nieuwvormingen. Vanwege het netwerkpatroon van deze nieuwvormingen spreekt men op de foto hierboven wel van een agmatiet. |
Geplooide biotietgneis - Zwerfsteen van Zuidlaren (Dr.).
Gesteenten metamorfoseren bij regionale metamorfose hoofdzakelijk in vaste toestand. Door de hoge druk, in combinatie met een sterk verhoogde temperatuur, zijn gesteenten enigszins plastisch vervormbaar. Hierdoor ontstaan zowel in handstukken als op geologische schaal meer of minder sterk geplooide gesteenten. |
 |
 |
|
Migmatiet (nebuliet) - Zwerfsteen van Haren (Gr.).
Nebulieten (het Latijnse 'nebula' = mist) vormen het eindstadium van metamorfose. In de kringloop van gesteenten vormen nebulietische migmatieten het uitgangsmateriaal waaruit granieten ontstaan. Nebulieten zijn ultrametamorfe gesteenten die bij zeer hoge druk en temperatuur op grote diepte in de aardkorst geleidelijk geheel of gedeeltelijk opsmelten (anatexis). Na kristallisatie ontstaan in de wortels van gebergtecomplexen hieruit grotere en kleinere granietvoorkomens. |
Perniögraniet - Zwerfsteen van Exlo (Dr.).
Men acht het ook mogelijk dat sommige granietvoorkomens door stoftransport (diffusie) in min of meer vaste toestand heel geleidelijk tot richtinglooskorrelige granieten zijn gerekristalliseerd. Bij karteringswerkzaamheden in Zuidwest-Finland blijkt dat Perniögraniet op veel plaatsen het karakter heeft een nebulietische migmatiet. De overgang naar graniet verloopt zeer geleidelijk. Deze voorbeelden maken duidelijk dat een niet onbelangrijk deel van de granieten op aarde het eindproduct is van metamorfe processen. |
Experimenten hebben uitgewezen dat de omzetting van gesteenten
hoofdzakelijk in vaste toestand plaats vindt. Alleen bij ultra-metamorfose,
waarbij onder zeer hoge druk en temperatuur migmatieten ontstaan,
vindt gedeeltelijke opsmelting plaats. Dit gebeurt bij temperaturen van
650° C en hoger. Daaronder verkeren de betrokken gesteenten in vaste
toestand, zij het dat ze onder druk plastisch vervormbaar zijn. Het
gedeeltelijk opsmelten van gesteenten noemt men anatexis. Zet dit
proces zich voort en smelten uiteindelijk alle bestanddelen van het
gesteente dan noemt men dit palingenese. Het aldus gevormde magma
verzamelt zich vaak in grote magmakamers. Na afkoeling en kristallisatie
van het magma ontstaan hieruit stollingsgesteenten als graniet en vooral
granodioriet. De vraag die hierbij opkomt is of graniet primair een
stolllingsgesteente is of vormt het het eindstadium van metamorfose?
In feite zijn beide mogelijk.
Sedimentaire gesteenten als zand en klei zullen als deze onder andere
afzettingen begraven worden, op enige diepte in harde gesteenten
veranderen. Bij kleiafzettingen gebeurt dit door uitdrijving van water.
De kleideeltjes komen door statische belasting dichter op elkaar te
zitten. Hierdoor verandert klei in kleisteen of als het sterk gelaagd is, in
kleischalie. Bij zand worden de afzonderlijke korrels door uitscheiding
van silica, kalk of ijzer uit grondwater met elkaar verkit. Los zand
verandert daardoor in zandsteen. Vooral zandsteensoorten waarbij de
korrels door silica zijn verkit, kunnen bijzonder hard zijn. Men noemt
deze kwartsietische zandsteen. De meeste zwerfstenen van zandsteen
vallen onder deze categorie. Het steenwordingsproces zelf noemt men
diagenese. Onder omstandigheden kan diagenese zonder verhoogde
druk en temperatuur nabij het aardoppervlak plaats vinden. Echter,
zodra de temperatuur tot 200 °C of meer stijgt, maakt diagenese plaats
voor metamorfose.
 |
 |
|
Kwartsietische zandsteen met scheve gelaagdheid - Zwerfsteen van Borger (Dr.).
Zandafzettingen veranderen op enige diepte in de aardkorst in zandsteen. Bij het steenwordingsproces (=diagenese) raken de afzonderlijke zandkorrels met elkaar verkit. Vaak is het kitmiddel kiezel, afkomstig van naburige zandkorrels. Op plaatsen waar de korrels als kleine knikkers sterk op elkaar drukken, lost een beetje zand op. Het opgeloste kiezel wordt in de poriën tussen de korrels afgezet.
De scheve (=kriskras) gelaagdheid duidt erop dat het zand in een hoog-energetisch milieu, waarschijnlijk door een ondiepe, snelstromende rivier is afgezet.
|
Cementconglomeraat - Zwerfsteen van Ellertshaar (Dr.).
Dit natuurlijke 'beton' bestaat vrijwel geheel uit kwartszand en kwartskiezels. Hieruit blijkt een sterke chemische verwering, dat vermoedelijk plaats vond tijdens het warme Vroeg-Tertiair, ergens in Midden-Duitsland of oostelijker in het Tsjechische Bohemen. In een warm/vochtig klimaat kunnen sedimenten dicht onder het aardoppervlak door oplossing en afzetting van kiezel aaneenkitten tot keiharde, dichte gesteenten die op kwartsiet lijken. Bij de vorming spelen druk en temperatuur geen rol van betekenis. Dergelijke door kiezel verkitte sedimenten noemt men wel silcrete. Bij zwerfsteenliefhebbers staan deze gesteenten bekend als cementkwartsie, knollensteent en ook wel als zoetwaterkwartsiet.
|