מטאסומטיזם

מֶטָאסוֹמָטִיזם הוא תהליך התמרה שבו מתרחשת המרה הגורמת לשינוי ההרכב הכימי של סלע או חלק ממנו בצורה נרחבת. תהליך זה כולל הוספה או הסרה של תרכובות כימיות כתוצאה מפעולת גומלין בין הסלע לנוזלים מימיים (תמיסות). במשך כל תהליך המטאסומטיזם נשאר הסלע במצב מוצק.

פסים המכילים אלביט + הורנבלנדה + טורמלין מטאסומטיים בתוך גרניט מותמר, סטון מאונטיין, אטלנטה

את המונח טבע המינרלוג והגאולוג הגרמני קרל פרידריך נאומן בשנת 1826. המילה היא הלחם של שתי מילים ביוונית - התחילית מֶטָה (מעֵבֶר ל-) והמילה סוֹמָה (גוף).

הגדרות

• אזור מטאסומטי (metasomatic zone) – האזור בסלע המקורי שעבר מטאסומטיזם
• עמוד מטאסומטי (metasomatic column) – הוא רצף שלם של אזורים מטאסומטיים המאפיינים פאצייס מטאסומטי ייחודי.

סוגי מטאסומטיזם

על פי תנועת המסה

• מטאסומטיזם מפעפע (Diffusional metasomatism) – מתרחש בפעפוע של הממס שמתפזר בתמיסה קבועה במורד מפל ריכוזים, מריכוז גבוה לריכוז נמוך על פני הנפח העומד לרשות החומר בתמיסה המפוזרת בחללים שבסלע. סלעים שנוצרו במטאסומטיזם מפעפע יוצרים רצועות דקות לאורך סדקים, עורקים ומשטחי מגע והרכב המינרלים בהם יכול להשתנות בהדרגה.
• מטאסומטיזם פולשני (Infiltrational metasomatism) – מתרחש בהעברה של חומר בתמיסה החודר לסלע המארח בעזרת הפרש הלחצים והריכוזים שבין התמיסה הפולשנית לתמיסה המפוזרת בחללים שבסלע. נפחם של סלעים הנוצרים במטאסומטיזם פולשני הוא בדרך גדול בצורה משמעותית מסלעים שנוצרים במטאסומטיזם מפעפע והרכב המינרלים לאורך כל אחד מהאזורים המטאסומטיים הוא אחיד.

על פי התנאים החיצוניים

• מטאסומטיזם היפרגני (hypergenic metasomatism) – מתייחס להתמרת סלעים בהשפעת תמיסות בתנאי סביבה היפרגניים (או אקסוגניים – כלומר חיצוניים). התמרה בתנאים היפרגניים מושפעת מקינטיקה כימית, מהכוחות הפועלים בפני השטח ומפעילות מיקרוביולוגית, גורמים שכמעט ואינם משפיעים על התהליכים האנדוגניים (הפנימיים) המתרחשים בסביבות הידרותרמיות שבהן, על פי ההגדרה המקובלת המצמצמת, מתרחש מטאסומטיזם.
• מטאסומטיזם של המעטפת (mantle metasomatism) – התמרה המתחוללת במעטפת כדור הארץ תחת לחץ וטמפרטורות גבוהות באמצעות התמיסות המרוכזות שמבחינת תכונותיהן הן בין נוזל למאגמה.

על פי שלבי היצירה

• מטאסומטיזם בשלב המגמטי (metasomatism of the magmatic stage) – קשור לנוזלים המופרשים מגוף המאגמה וגורמים למטאסומטיזם בסלעים המארחים.
• מטאסומטיזם בשלב הבתר-מגמטי (metasomatism of the postmagmatic stage) – מתרחש בשלב התקררות המאגמה ומקורו בתמיסות הידרותרמיות המופרשות מהמאגמה המתקררת ו/או מקורות מים חיצוניים מחוממים בשל, למשל, ערבוב שבין מים שמקורם במאגמה למים חיצוניים (מעיינות, נהרות או אגמים).

על פי המיקום הגאולוגי

• אוטומטאסומטיזם (Autometasomatism) – מתרחש בחלקו העליון של גוף המאגמה בתחילת השלב הבתר-מגמטי. דוגמאות: האלביטיזציה של פלוטונים גרניטיים וסרפנטיניזציה של סלעים אולטרה-מאפיים.
• מטאסומטיזם גבולי (Boundary metasomatism) – מתרחש לאורך המגע בין שני סוגי סלעים.
• מטאסומטיזם של מגע (Contact metasomatism) – מתרחש בנקודת המגע בין גוף מגמטי וסלע מארח.
• בימטאסומטיזם (Bimetasomatism) – סוג של מטאסומטיזם של מגע שבו שני סוגי הסלעים עוברים התמרה בשל פעפוע של מרכיבים שונים בשני הכיוונים לאורך המגע.
• מטאסומטיזם בקרבת עורק (Near-vein metasomatism) – סוג של מטאסומטיזם מפעפע היוצר אזורי מטאסומטיזם זהים מצדי עורק של מטאסומטיזם פולשני.
• מטאסומטיזם אזורי (Regional metasomatism) – גורם ליצירת אזורים נרחבים של סלעים מטאסומטיים במצבים גאולוגים שונים. האזורים הפנימיים של הסלע המתאפיינים במטאסומטיזם עמוק מוקפים באזורים נרחבים של התמרה חלשה ואלו יכולים בתורם להיות מוקפים בסלעים שעברו התמרה אזורית.

סלעים מטאסומטיים

לסלעים שנוצרו במטאסומטיזם יש בדרך כלל מרקם גרנובלסטי (גרגירים הנראים בעין בלתי מזוינת, בעלי גודל דומה פחות או יותר. כשבתנאים אידיאליים מצטלבים הגרגירים בצומת משולשת בזווית של 120°) או גרנופלסי (granofelsic – גרגירים שווים, אבל ללא כיוון ברור), כשהגרגירים עשויים להיות גדולים או קטנים. לעיתים קרובות יש בסלעים מטאסומטיים צורת פסים שיכולים להיות בתצורה שיש בה מחזוריות. תהליך המטאסומטיזם יכול לגרום ליצירת סלע שנעלם ממנו המבנה המקורי.

להלן הסלעים המטאסומטיים:

• פניט (Fenite) – סלע מטאסומטי הנוצר בטמפרטורה גבוהה, והמאופיין על ידי אלקלי פלדספר (אלביט), אמפיבול נתרני (ארפוודסוניט, ריבקיט וכו') ופירוקסן נתרני (אגירין אגירין-דיופסיד ואגירין-אוגיט). לעיתים יש בסלע נפלין, קלציט וביוטיט/פלוגופיט, ומינרלים נלווים טיפוסים הן טיטניט ואפטיט.
  פניט יכול להחליף מגוון רב של סלעים, החל בסלעים מגמטיים אולטרה-מאפיים וקרבונטיטים שהתגבשו בשלבים הראשונים של התמצקות המאגמה וכלה בסלעים מארחים חומציים כדוגמת גרניט וגנייס. הגורם למטאסומטיזם הן תמיסות אלקליות המכילות ריכוז נמוך של סיליקה שמקורן במאגמה הפועלות על סלעים שהם משמעותית פחות אלקליים ורוויים בסיליקה. התהליך הקרוי פניטיזציה (fenitisation) יוצר סדרה של אזורים אופייניים, כאשר החלק החיצוני ביותר מאופיין בהיעלמות הקוורץ והחלק הפנימי ביותר מכיל נפלין ולעיתים הוא מורכב מנפלין בלבד (הסלע נפליניט). פניטים נוצרים בקנה מידה שבין מטר לקילומטר.

המכרה הפתוח הנטוש מרי קתלין, בקווינסלנד אוסטרליה. סלעי סקארן המכילים עפרות נחושת-אורניום-תוריום ומתכות נדירות

• סקארן (Skarn) – סלע מטאסומטי המכיל בדרך כלל עפרות של מתכות שונות. קיימות שתי קבוצות עיקריות של סלעים מסוג זה הנבדלות בהרכבן הכימי ובאופן היווצרותם:
  • סקארן מגנזי (Magnesian Skarn) – סלע הנוצר בטמפרטורות גבוהות המכיל פורסטריט, דיופסיד, ספינל, פריקלס, קלינוהומיט, פלוגופיט, פארגסיט ונוצר במגע של עם סלעים פחמתיים המכילים מגנזיום (דולומיט או מגנזיט). סקארן מגנזי עשוי להכיל עפרות של ברזל, מתכות זולות, נחושת וזהב. קיים הבדל בין סקארן מגנזי שנוצר בשלב המגמטי לסקארן מגנזי שנוצר בשלב הבתר-מגמטי הן בהרכב המינרלים והן בחלוקה לאזורים מטאסומטיים. שני הסוגים עשויים להיות מוחלפים על ידי קאלק-סקארן בשלבים המאוחרים תחת תנאי לחץ וטמפרטורה בינוניים, פעילות כימית מואצת של CaO וירידה בריכוז של פחמן דו-חמצני בנוזלים. פאצייס נדיר של סקארן הדומה לסקארן מגנזי הוא סקארן שבו מחליף מנגן את המגנזיום במינרלים הבונים את הסלע למינרלים דוגמת טפרואיט וגלאוקוכרואיט.
  • קאלק-סקארן (calc-skarn) – סלע הנוצר בטמפרטורות גבוהות עד בינוניות כמעט תמיד בשלב הבתר מגמטי המכיל גארנט, סאליט, וולאסטוניט, ופירקסנואידים עשירים במנגן שנוצר במגע עם אבן גיר ושיש העניים במגנזיום. קאלק-סקארן מכיל עפרות ברזל, נחושת טונגסטן, מוליבדן, בריליום, בור, אורניום ויסודות נדירים.
• רודינגיט (Rodingite) – סלע מטאסומטי הבנוי בעיקר מסוגי הגארנט גרוסולאר ואנדרדיט ופירוקסן פחמתי. מינרלים נפוצים נלווים כוללים וזוביאניט, אפידוט וסקפוליט. רודינגיט יכול להכיל עפרות ברזל וזהב. רודינגיט מחליף דייקים או תכלילים של סלעים בסיסיים (כדוגמת גברו) בתוך גופים אולטרה-מאפיים שעברו סרפנטיזציה. שלא כמו בסלעי סקארן אין בסלעי הרודינגיט אזורים מטאסומטיים מובחנים.

שקף פטרוגרפי תחת אור מקוטב צולב של גבישי קסיטריט בגרייזן קוורץ-טופז

• גרייזן (Greisen) – סלע מטאסומטי הנוצר בטמפרטורות בינוניות המאופיין על ידי קוורץ ונציץ לבן (מוסקוביט), בדרך כלל עם טופז, פלואוריט, טורמלין ולעיתים עם אמאזוניט, אורתוקלז, לפידוליט, אנדלוזיט ודיאספור. גרייזן יכול להכיל בריליום, טונגסטן, מוליבדן, בדיל וטנטלום. גרייזן יכול להחליף לויקוגרניט ("גרניט בהיר" כלומר שאין בו בכלל מינרלים כהים), אבני חול וצפחות נציציות, ומופיע כעורקים בהם. בסלע זה ייתכנו אזורים מטאסומטיים מובחנים.
• ברסיט (Beresite) - סלע מטאסומטי הנוצר בטמפרטורות נמוכות המאופיין על ידי קוורץ, סריציט (סוג של נציץ), אנקריט ופיריט. ברסיט יכול להכיל עפרות של זהב, כסף, עופרת ואורניום. ברסיט נוצר ממטאסומטיזם חומצי של סלעי יסוד וסלעי משקע רוויים בסיליקה.
• פרופייליט (Propylite) – סלע מטאסומטי בעל גוון ירקרק הנוצר על ידי מטאסומטיזם אזורי של סלעים געשיים בסיסיים שמקורם בדרך כלל בקשתות איים בשלב הבתר-מגמטי בטמפרטורות בינוניות עד נמוכות. הסוג הנוצר בטמפרטורות נמוכות מורכב בעיקר מאלביט, קלציט, פיריט וכלוריט. הסוג הנוצר בטמפרטורות בינוניות מורכב מאפידוט, אקטינוליט, מגנטיט וביוטיט.
• קוורציט משני (Secondary quartzite) – סלע מטאסומטי הנוצר בטמפרטורות בינוניות עד נמוכות בסביבת סלעים געשיים עד תת-געשיים שהרכבם ריוליטי עד אנדזיטי והמחליף סלע יסוד חומציים ולעיתים נדירות סלעי משקע. הוא מורכב בעיקר מקוורץ (בין 50% ל-100%) בתוספת מינרלים משניים עשירים באלומינה, דוגמת פירופיליט, דיאספור, המטיט, אלוניט וקאוליניט. מינרלים משניים נפוצים כוללים, פלואוריט, דיומורטיריט, רוטיל ולזוליט. עפרות העשויות להימצא בו כוללות זהב, נחושת, אנטימון וכספית.
• גומבאיט (Gumbeite) - סלע מטאסומטי הנוצר בטמפרטורות בינוניות עד נמוכות המורכב בעיקר מקוורץ, אורתוקלז ומינרלים פחמתיים (דולומיט ואנקריט), לעיתים יש בסלע גם סולפידים. הוא נוצר מהתמרה של גרנודיוריט או סיאניט ויש בו עורקים של טונגסטן-נחושת או זהב-אורניום.
• אייסאיט (Aceite) - סלע מטאסומטי אלקלי הנוצר בטמפרטורות נמוכות כשהתמיסות ההידרותרמיות מחומצנות ומעושרות בנתרן. בתהליך המטאסומטיזים נוסף לסלע Na₂ והוא מאבד SiO₂, ובתהליך מוחלף קוורץ על ידי אלביט שהוא המינרל העיקרי בסלע בתוספת מינרלים פחמתיים משניים והמטיט. בחלק מהסלעים מופיעים גם כלוריט וקוורץ. אפטיט הכולל אורניום הוא מינרל נלווה נפוץ.
• ארגיליסיט (Argillisite) - סלע מטאסומטי הנוצר בטמפרטורות נמוכות והמחליף סלעים פלוטוניים, סלעים געשיים וסלעי משקע בהרכבים של מינרלי חרסית (סמקטיטים, איליט, קאוליניט, סלדוניט וזאוליטים), ויכול להכיל גם מינרלים של סיליקה (קוורץ, כלקדון ואופאל), מינרלים פחמתיים (קלציט, דולומיט, אנקריט ומגנזיוסידריט) וסולפידים של ברזל (פיריט, מרכזיט, מקינאוויט). הארגילסיט יכול להיווצר בפני כדור הארץ (ארגיליסיט סולפטרי) או בעומק (ארגיליסט הידרותרמי) ואז הם מלווים בהיווצרות עפרות כדוגמת אורניום, נחושת ואבץ.

סוגים נוספים הם סלע מטאסומטיים אלקליים הקשורים להעתקים ונפוצים בשילדים של הפרקמבריון. ארבעת הסוגים הנפוצים מסוג זה הם: גרניטים שעברו אלבטיזציה, גנייסים שעברו אלבטיזציה, אפוג'ספרואידים (apojasperoids) ואלביטיטים הקשורים לקרבונטיטים.

קיימים סוגים נוספים של סלעים מטאסומטיים, אלא שהם אינם טיפוסיים או שאינם נפוצים.

לקריאה נוספת

• V.A. Zharikov, N.N. Pertsev, V.L. Rusinov, E. Callegari and D.J. Fettes, Metasomatism and metasomatic rocks – מאמר זה הוא חלק מאסופה של מאמרים שפרסמה תת-ועדה (Subcommission on the Systematics of Metamorphic Rocks בראשי תיבות SCMR) שהקים האיגוד הבינלאומי למדעי הגאולוגיה (International Union of Geological Sciences) שנועדה להכין ולתחזק שיטת שמות (נומנקלטורה) אחידה לסלעים מותמרים, ולהמליץ על הגדרות שיהיו מקובלות בצורה נרחבת בעולם.

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא מטאסומטיזם בוויקישיתוף