(4) الصخور المتحولة Metamarphic Rocks

الصخور المتحولة، هي تلك المشتقة من صخور أخرى، كانت صخوراً نارية، أو رسوبية، أو متحولة، فتغير تركيبها المعدني، وقوامها، وبناؤها، بفعل الضغط والحرارة العاليين، تحت الأعماق، في القشرة الأرضية. والتحولات هذه، التي تشمل إعادة التبلور، والتفاعلات الكيماوية بين المكونات المعدنية للصخر ـ تحدث في الحالة الصلبة، أساساً، إلا أنه قد يحدث بعض التبادل الكيماوي مع السوائل، وخاصة الماء H₂O. لذلك، تكون الظروف، التي تتكون فيها الصخور المتحولة، ظروفاً وسطاً، بين تلك التي تتكون فيها الصخور الرسوبية، على السطح، والظروف التي تتبلور فيها الصخور النارية، من الصهير.

أ. عوامل التحول Agents of metamorphism

تشمل عوامل التحول الضغط، والحرارة، والسوائل الناشطة كيماوياً؛ وتعمل عليه، مجتمعة، في آن واحد. إلا أن درجة التحول، ومدى مساهمة كل من تلك العوامل فيه، يختلفان كثيراً، بينن بيئة وأخرى. ففي التحول من الدرجة المنخفضة Low-grade metamorphism، لا يتعرض الصخر لسوى ضغط وحرارة، هما أعلى قليلاً مما هما عليه في عمليات تصخر الرواسب. أما في التحول من الدرجة العالية، فإن الصخر، يتعرض لدرجة حرارة وضغط عاليَين قريبين من درجة الانصهار.

1- عامل الحرارة Heat

تعد الحرارة أهم عوامل التحول. وتتعرض الصخور، التي تكونت على السطح، تحت درجة حرارة عادية، لحرارة شديدة، عندما يتسرب إليها الصهير، من الأسفل. وعندما يحدث التغير، بهذه الطريقة، يطلق على العملية تحول الملامسة Contact Metamorphism. ويكون هذا النوع من التحول واضحاً جداً، عندما يحدث قريباً من السطح، حيث يكون التغاير في درجة الحرارة، بين الصهير المتداخل، والصخور السطحية، كبير جداً. ففي هذه الحالة، يحدث طبخ للصخور السطحية، بالصهير المتداخل. وفي هذه البيئة، العالية الحرارة، المنخفضة الضغط، تكون الحدود، بين الصخور النارية الجوفية، المتبلورة من الصهير، والصخور المتحولة بحرارة الصهير ـ واضحة جداً. إذ تزداد درجة الحرارة بازدياد التوغل في القشرة الأرضية، بمعدل 30 درجة مئوية في كل كيلومتر، فإن الصخور، التي تكونت على السطح، قد تتعرض لحرارة عالية، عندما توغل في الأرض أعماقاً بعيدة. وعندما يكون توغلها قليلاً، فإنه لا يتأثر به إلا معادنها، وخاصة معادن الطين، التي تصبح غير مستقرة، تحت الظروف الجديدة، التي تؤول إلى تبلورها معادن مستقرة. أما بعض المعادن، وخاصة تلك المكونة للصخور النارية السطحية (البركانية)، فإنها تكون مستقرة، تحت درجات الحرارة والضغط العاليين، نسبياً؛ لذلك، لا تتحول إلا في عمق، يزيد على 20 كيلومتراً.

2- عامل الضغط Pressure

ينقسم الضغط، الذي يؤدي تحول الصخور، إلى نوعين، هما: الضغط الهيدروستاتيكي Hydrostatic Pressure، والضغط الإجهادي Stress Pressure.

أ- الضغط الهيدروستاتيكي

الضغط الهيدروستاتيكي، هو الضغط، الذي يكون مستوياً، في جميع الاتجاهات. وقد سمي هيدروستاتيكياً، لأنه النوع الوحيد من الضغط، الذي يمكن أن يوجد في السوائل. وهو ينشأ عن اندفان الصخور في أعماق مختلفة، في القشرة الأرضية؛ ويزداد بازدياد تلك الأعماق. لذلك، يعرف الضغط الهيدروستاتيكي، أحياناً، بضغط الحمل Load Pressure، أو الضغط الصخرستاتيكي Lithostatic Pressure.

وعندما يكون الصخر مسامياً، أو فيه فراغات من أي نوع، كالشقوق والصدوع، مثلاً، فإنه يجب التفريق، بين ضغط الحمل وضغط الموائع Fluid Pressure (الغازات والسوائل). إذ المسامات والفراغات في الصخور، مهما كانت ضئيلة، تكون مملوءة بالغازات و/أو السوائل؛ والضغط الواقع على هذه الموائع، قد يختلف اختلافاً كثيراً، عن الضغط الواقع على الأجزاء الصلبة من الصخر. فعندما يكون الصخر، المدفون تحت عمق في القشرة الأرضية، متصلاً بالسطح، من خلال صدع، مثلاً؛ فإن ضغط الموائع، يكون أقل كثيراً من ضغط الحمل. أما إذا كان محبوساً تماماً، كأن يكون بين طبقتين من الطفل، مثلاً، فإن ضغط الموائع، قد يكون أكبر من ضغط الحمل؛ بسبب تضاغط الصخر Compaction والعمق.

ب- ضغط الإجهاد Stress Pressure

ضغط الإجهاد، أو ما يعرف، أحياناً، باسم الضغط الموجه Directed Pressure، هو الضغط، الذي يعمل في اتجاه واحد، دون الاتجاهات الأخرى. وهو العامل الأساسي في تشوه الصخور Deformation. كما أن له تأثيراً كبيراً في تبلور أنواع معينة من المعادن، في الصخور المتحولة، مثل: الكلورايت Chlorite، والميكا Mica، والكيانيت Kyanite.

ب. عمليات التحول Processes of metamorphism

تتحول الصخور في ظروف، تختلف كثيراً عن كل الظروف، التي تتكون فيها الصخور الرسوبية والصخور النارية. فالأولى، تتكون على السطح، أو قريباً منه في درجات حرارة، هي أقل من تلك التي تتكون فيها الصخور المتحولة؛ وتحت ضغط هيدروستاتيكي وضغط إجهادي، هما أقل كثيراً من الضغوط السائدة في بيئة التحول. أما الصخور النارية، فتتبلور في درجات حرارة، وتحت ضغوط، تفوق تلك التي تسود خلال عملية التحول.

وتستجيب الصخور لعمليات التحول، تحت القيم المختلفة، لكل من الحرارة، والضغط الهيدروستاتيكي، والضغط الموجه، بثلاثة أشكال:

1- عندما يحدث التحول تحت ضغط موجه شديد، ولكن الضغط الهيدروستاتيكي قليل، ودرجة الحرارة منخفضة؛ فإن الصخور، تستجيب للضغط الموجه، فتتهشم وتتشوه تشوهاً هشاً Brittle Deformation، أي أن تكسرها وتشققها، يكون موازياً، أو يكاد يوازي الأسطح، حيث تحدث الحركات الانزلاقية Slip movements .

2- عندما يتحقق التحول، عند درجة حرارة عالية، وتحت ضغط هيدروستاتيكي، وضغط موجه منخفض؛ فإن استجابة الصخر، تتمثل في تحلل معادن الصخر الأصلي، التي أصبحت غير ثابتة، تحت الظروف الجديدة؛ وتبلور معادن أخرى، تكون ثابتة، تحت الظروف الجديدة. ويحدث ذلك بانتشار الأيونات، المكونة لمعادن الصخر الأصلي، في السوائل الموجودة في المسامات والشقوق، ثم تبلورها Recrystallization  من جديد.

3- إذا تحول الصخر، بسبب ارتفاع كل من درجة الحرارة، والضغط الهيدروستاتيكي، والضغط الموجه، فإن استجابته تكون من طريق كل من إعادة تبلور المعادن، لتكون ثابتة تحت الظروف الجديدة؛ والانسياب Flow، أو التشوه اللدن Plastic Deformation، تحت تأثير الضغط الموجه، بدلاً من التهشم؛ لأن الحرارة العالية والضغط الهيدروستاتيكي العالي، يزيدان من لدونة الصخر؛ ما يجعله قابلاً للانسياب، تحت تأثير الضغط الموجه. لذلك، يسفر هذا النوع من التحول، عن تغير في التركيب المعدني، ناجم عن إعادة تبلور المعادن، لتصبح مستقرة، تحت الظروف الجديدة؛ وعن تغير في النسيج، يكون موازناً لقوة ضغط الإجهاد، الذي تعرضت له.

ج. أنواع التحول Types of metamorphism

يقسم التحول، حسب البيئات، التي يتحقق فيها، إلى أنواع أربعة، هي:

1- التحول التهشمي Cataclastic Metamorphism

يحدث التحول التهشمي، تحت ضغط موجه كبير، قرب السطح، حيث الضغط الهيدروستاتيكي، والحرارة، منخفضين؛ فيؤديان تهشم الصخور وطحنها، من دون تكون معادن جديدة.

2- التحول الحراري Thermal Metamorphism

التحول الحراري، يعرف، أحياناً، بالتحول التماسي Contact Metamorphism؛ لأنه يحدث في الصخور، الملامسة أو المحيطة بالتداخلات النارية، وخاصة ذات التركيب الحمضي. ولا يكون هذا النوع من التحول واسع النطاق، إنما ينحصر في مئات من الأمتار، من سطح التماس مع التداخلات النارية. وإذ عامل التحول، هنا، هو الحرارة الصادرة عن التداخلات النارية؛ فإن رتبة التحول، تتدرج إلى الانخفاض، مع البعد عن سطح التماس مع التداخلات النارية.

3- التحول الإقليمي Metamorphism Regional

التحول الإقليمي، هو أكثر أنواع التحول انتشاراً وتنوعاً؛ إذ إن الصخور المتحولة، الناتجة من التحول الإقليمي، تشكل مساحات شاسعة، من دروع عصر ما قبل الكامبري Precambrian؛ وفي المناطق العميقة، في أحزمة جبال الطي المنكشفة، على السطح، بفعل التعرية. وقد استدل من الدراسات، الحقلية والبتروجرافية، على أن هذا النوع من التحول، ينجم عن كل من الحرارة العالية، والضغط الهيدروستاتيكي، والضغط الموجه؛ وذلك بدرجات متفاوتة. فالعامل الأساسي في التحول الإقليمي، يكون الحرارة، حيناً؛ والضغط الهيدروستاتيكي أو الموجه، حيناً آخر.

ويصاحب التحول الإقليمي، عادة، تشوه للصخور، بعمليات الطي المعقدة Complex Folding، التي تدل على أن الصخر، كان في حالة لدنة، أثناء عملية التحول الإقليمي. ومن الممكن تتبع الزيادة في رتبة التحول، في اتجاه أفقي معين، بملاحظة ظهور بعض بلورات المعادن، التي تدل على تلك الرتبة؛ إذ تظهر بلورات معدن الكلورايت في الصخر، ثم معدن المسكوفايت، ثم معدن البايوتايت، ثم معدن الجارنت، ثم معدن الستاروليت، ثم معدن السليمانيت (انظر شكل التتابع المعدني في الصخر المتحول).

4- التحول الطمري Burial Metamorphism

يحدث هذا النوع من التحول، في أحواض الرسوب العميقة، التي يصل سمك صخورها الرسوبية إلى عدة آلاف من الأمتار؛ ما يزيد من درجة الحرارة والضغط، تدريجاً، مع العمق. وتوجد أحواض الرسوب العميقة، عادة، على الحافات الهدمية Destructive Margins لصفائح القشرة الأرضية، الناتجة من انضواء Subduction صفيحة تحت أخرى؛ ما يكون الأخاديد العميقة Deep Trenches.

د. نسيج الصخور المتحولة Texture of Metamorphic Rocks

يختلف نسيج الصخور المتحولة، حسب نوع التحول، الذي نتجت منه. فالصخور المتحولة، الناجمة عن التحول الحراري، تكون معادنها قد تكونت بفعل الحرارة، أساساً، من دون أثر يذكر للضغط الهيدروستاتيكي أو الضغط الموجه؛ لذلك تكون بلورات معادنها على شكل حبيبات، ذات أبعاد متساوية تقريباً؛ وليس لها توجه معين. كما أن تكون تلك البلورات مختلطاً ببعضها ببعض اختلاطاً متجانساً، أي تكون موزعة، بالتساوي، في جميع أجزاء الصخر، من دون تركُّز لأي معدن محدد في جزء، من دون آخر؛ ما يجعل الصخر صلباً متماسكاً وله مكسر سكري. ويعرف هذا النوع من النسيج بالنسيج الحبيبي Texture، أو النسيج الهورنفلسي Hornfelsic.

أما الصخور الناتجة lن التحول التهشمي، فيتميز نسيجها بالترقق غير المنتظم، الناجم عن سحقها في أحزمة التهشم Shear Zones؛ إضافة إلى ظهور مستويات القص Shear Planes. ونظراً إلى أن الحرارة المصاحبة للتحول التهشمي؛ لا ترتفع إلى درجة تسمح بإعادة بلورة معادن الصخر المهشم؛ فإن الصخور المتحولة، الناتجة من التحول التهشمي، تحتوي على كثير من معادن الصخر الأصلي، على شكل حبيبات مجروشة، أو على شكل كتل عدسية، مفلطحة، في مستويات القص، ومحاطة بطحين الصخر، على شكل حبيبات دقيقة جداً.

أما نسيج الصخور، الناتجة من التحول الإقليمي، فيتميز بتوجه حبيباته، أي أن بلورات معادنه، تكون مفلطحة أو مستطيلة، في اتجاهات مفضلة، نتيجة للضغط الموجه. لذلك، يكون نسيج الصخر متميزاً بالترقق Foliation، إذا كان الشكل السائد لبلورات معادنه، هو الشكل المفلطح، مثل معادن الميكا (مسكوفايت وبايوتايت)؛ أو يتميز بالنخطط Lineation، إذا كانت بلورات المعادن السائدة ذات شكل مستطيل، مثل معدن الهورنبلند. وعندما يتميز الصخر بالترقق، يطلق على نسيجه اسم النسيج الليبيدوبلاستي Lepidoblastic Texture. أما إذا كان الصخر المتحول، يتسم بالتخطيط، فيعرف نسيجه باسم النسيج اليماتوبلاستي Nematoblastic Texture. وعندما يكون الصخر المتحول مكوناً من رقائق، ذات تركيب معدني مختلف؛ وتكون هذه الرقائق متناوبة مع بعضها البعض، أي أن الصخر يتكون من رقائق فاتحة اللون، أي غنية بمعادن المرو والفلسبارات، متبادلة مع رقائق دكناء اللون، أي غنية بمعادن البايوتايت والهورنبلند؛ فإن الخصر يأخذ المظهر الشرائطي Banded إضافة إلى المظهر المتورق.

وعادة ما يحدث أثناء عملية إعادة بلورات المعادن، تحت وطأة عوامل التحول المختلفة، أن تنمو بلورات معدن معين بسرعة، تفوق سرعة نمو بلورات المعادن الأخرى؛ ما يجعل حجوم بلوراته كبيرة، مقارنة ببلوراتها. وهذا النوع من النسيج، يشبه نسيج البورفيري Porphyritic Texture، في الصخور النارية، ويطلق عليه اسم النسيج البورفيروبلاستي Porphyroblastic Texture.

هـ. تصنيف الصخور المتحولة Classification of Metamorphic Rocks

تصنيف الصخور المتحولة وتسميتها،، يستندان، أساساً، إلى نسيجها؛ فعطي الصخر اسمه، بناءً على النسيج الشائع فيه، ثم يلحق باسمه أسماء معادنه الأساسية، مرتبة ترتيباً تصاعدياً من المعدن الأقل شيوعاً إلى الأكثر شيوعاً. وعندما يكون الصخر المتحول متميزاً بتركيب معدني ثابت، فإنه يعطى أسماء خاصة، تدل على ذلك التركيب. وأهم أنواع الصخور المتحولة (انظر جدول الصخور المتحولة الشائعة، وبيئة تكونها، والصخور التي تحولت منها) ما يلي:

1- الصخور المتحولة المتورقة Foliated Metamorphic Rocks

أ- الأردواز Slate

صخر الأردواز صخر متورق، أو مترقق النسيج، ودقيق الحبيبات، ومتجانس. ويمكن تقشيره، على شكل رقائق، موازية لأسطح الترقق، وهو مكون، أساساً، من معادن الكلورايت والمسكوفايت والبايوتايت، على شكل حبيبات دقيقة جداً. وينتج صخر الأردواز من التحول الإقليمي للصخور ناعمة القوام، مثل: الطفل Shale، والحجر الطميي Mudstone، والفتات البركاني Volcanic Dust؛ حيث إن معادن الطين والفلسبارات والمرو، المكونة للصخر الأصلي، تصبح غير مستقرة، في البيئة الجديدة، ويعاد تبلورها، على شكل معادن الكلورايت والمسكوفايت والبايوتايت. ولكون حبيبات صخر الأردواز ناعمة جداً، فإنه يصعب تعرّف معادنه، في العينات اليدوية، بل يصعب تعرّفها حتى في الشرائح المجهرية، في معظم الحالات. وخلاصة القول، أن صخر الأردواز يتكون، في بدايات التحول الإقليمي، تحت قيم ضغط وحرارة منخفضة، مقارنة بمراحل التحول الأخرى.

ب- الفايلايت Phylite

عندما تزيد درجة التحول الإقليمي على الدرجة، التي يتكون عندها صخر الإردواز، فإن بلورات بعض المعادن، يزداد نموها، مع احتفاظها بتوجيهها المفضل، الموازي لأسطح الترقق؛ ما يعطي تلك الأسطح لمعاناً حريرياً مميزاً، تحت ضوء الشمس؛ نتيجة لانعكاس الضوء من على مستويات الانفصام، لمعادن المسكوفايت والبايوتايت والكلورايت. ويطلق على هذا النوع من الصخور المتحولة، اسم صخر الفايلايت. ويمكن تمييز بعض بلورات معادن، بالعدسة، في العينات اليدوية.

ج- الشست Schist

صخر الشست، هو أكثر الصخور المتحولة شيوعاً. ويتميز بتورقه الواضح، وغالباً ما يكون مخططاً، كذلك. كما أن حجم بلورات معادنه، عادة ما يكون كبيراً؛ ما يسمح بتعرّفها بعدسة اليد. وينتج صخر الشست عند درجات متوسطة إلى عالية، من التحول، وخاصة التحول الإقليمي. ويكون، عادة، متحولاً من صخور الطفل والحجر الطميي. وهناك العديد من أنواع الشست، حسب المعدن السائد فيه، مثل: شست المايكا Mica Schist، وشست الكلورايت Chlorite Schist، وشست التالك Talc Schist.

د- النيس Gneiss

يطلق اسم النيس على الصخور المتحولة المتورقة، التي تكون فيها بلورات المعادن حبيبية، أكثر منها صفائحية. ويتكون صخر النيس، أساساً، معادن المرو والفلسبار البوتاسي والفلسبار الصودي؛ إضافة إلى بعض المسكوفايت والبايوتايت والهورنبلند. ويتميز صخر النيس بتمايز الرقائق الدكناء اللون، الغنية بمعادن البايوتايت والهوربنلند، عن الرقائق الفاتحة اللون، المكونة، أساساً، من معادن المرو والفلسبارات. وهذا التمايز، يجعل الصخر يظهر على شكل نطاقات Bands دكناء، وأخرى فاتحة، تعقب بعضها بعضاً.

يشبه التركيب، المعدني والكيماوي، لصخر النيس، تركيب صخر الجرانيت الناري الجوفي؛ لذلك، يعتقد أن الأول، يكون، في الغالب، متحولاً من الثاني، أو من الصخور القريبة منه، في تركيبها المعدني. لكنه معروف، كذلك، أن صخر النيس، يتحول من صخر الطفل، تحت درجات عالية من التحول. وفي هذه الحالة، يكون تكون النيس، في مرحلة متأخرة، من سلسلة التحول، المكونة من الأردواز، أولاً، ثم الفايلايت، ثم الشست، وأخيراً النيس (انظر شكل التتابع المعدني في الصخر المتحول).

هـ- الأمفيبولايت Amphibolite

وهو صخر متحول، ضعيف التورق؛ ومكون، أساساً، من معادن الأمفيبول والبلاجوكلايز، مع قليل من المعادن الأخرى. وإذا ازدادت شدة وضوح التورق، في الأمفيبولايت، فإنه يعد صخراً متوسطاً، بين الأمفيبولايت والشست؛ ويطلق عليه، أحياناً، اسم شست الهورنبلند، أو نيس الهورنبلند. وينتج صخر الأمفيبولايت، عادة، من التحول الإقليمي، تحت درجة تحول متوسطة إلى عالية.

و- الصخر الأخضر Green stone

الصخر الأخضر ذو حبيبات دقيقة إلى متوسطة؛ وتورقه ضعيف. ويتميز باللون الأخضر، أو الأخضر الرصاصي؛ نظراً إلى سيادة المعادن ذات اللون الأخضر، وخاصة الكلورايت، والأكتينوليت، والأبيدوت.

2- الصخور المتحولة غير المتورقة Nonfoliated Metamorphic Rocks

في هذا النوع من الصخور المتحولة، يكون النسيج حبيبياً، وليس وتورقاً. ومن أهم أصنافه ما يلي:

أ- الرخام Marble

صخر الرخام صخر متحول من الصخور الجيرية، مثل الحجر الجيري، والدولوميت. ويكون لونه أبيض، عندما يكون نقياً. وهو مكون، أساساً، من معدن الكالسايت. ومع ازدياد الشوائب، يتغير لون الرخام، ليصبح وردياً، أو رمادياً، أو أخضر، أو أسود.

ب- الكوارتزيت Quartzite

يتسم صخر الكوارتزيت بالصلابة الشديدة. وهو مكون، أساساً، من معدن المرو. وينشأ من تحول الحجر الرملي المَرَوي، تحت درجة تحول متوسطة إلى عالية. ويأخذ صخر الكوارتزيت اللون الأبيض، عندما يكون نقياً؛ لكنه عادة ما يحتوي على بعض أكاسيد الحديد، التي تعطيه الصبغة الحمراء أو الوردية. وهو يحتوي، أحياناً، على بعض المعادن الدكناء؛ ما يضفي عليه اللون الرمادي.