HORNINY METAMORFOVANÉ

Vznik metamorfovaných hornin

Metamorfované horniny vznikají metamorfózou (přeměnou) magmatických, sedimentárních nebo starších metamorfovaných hornin.

METAMORFÓZA je poměrně složitý proces, při kterém dochází k přizpůsobování již existujících hornin novým fyzikálně-chemickým podmínkám prostředí, do nichž se postupně dostávají vlivem neustále probíhajících geologických procesů. Je však odlišná od zvětrávání a diageneze. Na rozdíl od těchto procesů (viz. vznik sedimentů), probíhá metamorfóza v odlišných fyzikálně-chemických podmínkách, daných nejčastěji vyšší teplotou a tlakem. Z hlediska geologické pozice probíhá metamorfóza obvykle v hlubších částech zemské kůry. Od magmatických procesů je odlišná tím, že horninový materiál zůstává v průběhu metamorfózy v pevném stavu (nevzniká magma). Při metamorfóze horniny vznikají nové, metamorfní minerály. Tento proces se nazývá blastéza.

U hornin vstupujících do procesu metamorfózy se postupně mění:

· textura

· minerální složení

· chemizmus

Do jaké míry dochází ke změně vlastností u původní horniny závisí na intenzitě působení metamorfních faktorů, kterými jsou především:

· teplota

· všesměrný tlak (hydrostatický, litostatický)

· orientovaný tlak (stress)

· parciální tlak fluid

· chemická aktivita složek vstupujících do procesu metamorfózy

· čas

Je nutné si uvědomit, že existuje pestrá škála hornin (magmatických, sedimentárních či dříve metamorfovaných), které vstupují do procesu metamorfózy a existuje celá řada faktorů, které ovlivňují průběh metamorfózy. Pouze malou změnou kterékoli z vlastností původní horniny či nepatrným pozměněním faktoru metamorfózy, muže dojít ke vzniku zcela odlišných metamorfovaných hornin. A naopak někdy velmi odlišnými metamorfními pochody při vhodných vlastnostech původní horniny mohou vzniknout velmi blízké metamorfované horniny. Teoreticky by tak bylo možno, vzájemnou kombinací různých původních hornin a faktorů metamorfózy, vytvořit nekonečně mnoho druhů metamorfovaných hornin.

Metamorfóza je děj, který nelze přímo pozorovat, a proto jsou podmínky, při nichž probíhá, pouze odhadovány. Uvádí se, že všesměrný tlak narůstá asi o 25 MPa na 1 km hloubky a teplota se pohybuje v intervalu od několika desítek C, do teplot přesahujících 1000 C.

Vzhledem k uvedeným skutečnostem odlišujeme různé druhy metamorfózy podle výsledných produktů (metamorfovaných hornin) a jejich geologické pozice.

· Regionální metamorfóza

Největší význam má metamorfóza regionální, která svými účinky postihuje rozsáhlá území (řádově stovky až tisíce km²) a probíhá velmi dlouho, pravděpodobně desítky milionů let. V jejím průběhu vznikají krystalické břidlice - horniny, většinou, s výraznou plošně-paralelní (břidličnatou) texturou.

· Lokální metamorfóza

Druhým, odlišným typem je metamorfóza lokální. Dochází k ní anomálními změnami podmínek v prostorově omezených částech zemské kůry. Probíhá mnohem rychleji než metamorfóza regionální, několik sekund až několik tisíc let. V rámci lokální metamorfózy se vymezuje několik podtypů:

· metamorfóza kontaktní

· metamorfóza dislokační

· metamorfóza šoková

Kontaktní metamorfóza probíhá na kontaktech vyvřelých hornin. Buď na kontaktu žhavé lávy (přibližně 1200 C), vyvržené ze sopky, s okolními horninami nebo na kontaktu magmatu v plutonech, pních či žilách pod zemským povrchem s okolními horninami.

Metamorfóza dislokační je způsobena drcením hornin na zlomech a v pásmech kolem nich. Nejčastěji takto vznikají mylonity a kataklazity, ovšem při intenzivnější dislokační metamorfóze mohou vznikat i některé druhy krystalických břidlic.

Šoková metamorfóza je nejrychlejším typem metamorfózy a probíhá obvykle jen několik sekund. Příkladem může být metamorfóza hornin po nárazu meteoritu na zemský povrch nebo při podzemním jaderném výbuchu.

Všechny druhy metamorfózy mohou působit v různém stupni intenzity na okolní horniny. Pro zjednodušení nebude při studiu intenzity metamorfózy zaveden pojem metamorfní izográda. Bude použit starší model, který člení metamorfózu podle intenzity do tří stupou:

· slabá metamorfóza (epimetamorfóza)

· střední metamorfóza (mezometamorfóza)

· silná metamorfóza (katametamorfóza)

Pro stavebního inženýra je důležitá především znalost hornin vznikajících při regionální metamorfóze, poněvadž s nimi se v praxi s největší pravděpodobností setká nejčastěji. Z hornin lokálně metamorfovaných se může ojediněle setkat při zakládání staveb s kontaktní metamorfovanými. Projektování a výstavbu podzemních staveb pak mohou velmi vážně ovlivnit produkty dislokační metamorfózy. Nejčastěji jsou to kataklazované (drcené) a mylonitizované (intenzivněji metamorfované - dochází nejen k drcení, ale i ke krystalizaci metamorfních minerálu) zóny v mocnostech od několika decimetru až po několik metrů.

Textury metamorfovaných hornin

Stavba metamorfovaných hornin se utváří převážně v pevném stavu drcením původních či růstem novotvořených minerálu v průběhu metamorfózy. Tím, že je pro stavebního inženýra ve většině případů potřebný pouze makroskopický popis horniny, lze pojem stavba ztotožnit s pojmem textura.

Většina metamorfovaných hornin se vyznačuje plošně paralelní texturou, kterou podmiňuje prostorové uspořádání šupinkovitých, tabulkovitých nebo sloupečkovitých minerálu do přibližně paralelních ploch (obr. 13). Plošně paralelní texturu lze označit také termíny foliace či břidličnatost. U nikterých hornin je velmi zřetelná (napo. fylit, rula), u jiných může být nevýrazná s přechodem do textury všesměrné (nikteré mramory).

V případě výraznějšího zastoupení sloupečkovitých nebo jehličkovitých minerálů muže být vytvořena textura lineárně paralelní (lineace), která je charakteristická nejen uspořádáním minerálů do navzájem paralelních ploch, ale také lineárním uspořádáním sloupečkovitých (či jim tvarově podobných) minerálů přímo v plochách foliace. Ukázkově je lineárně paralelní textura vyvinuta u stébelnatých rul (obr. 14). Rovněž některé amfibolity mají zřetelnou lineárně paralelní texturu.

Podle stupni a charakteru uspořádání součástek lze geometricky u obou typu paralelních textur rozlišovat napo. texturu páskovanou, plástevnatou nebo okatou (obr. 15).

Páskovaná textura bývá nejčastěji charakteristická střídáním barevně či zrnitostně odlišných ploch. U plástevnaté textury jsou plochy foliace souvisle potaženy šupinkami slíd. Okatá textura je dána plošným uspořádáním čočkovitých zrn živce, což v příčném řezu připomíná tvar "oka".

Jen malá část metamorfovaných hornin má texturu všesměrnou (některé kontaktně metamorfované horniny, eklogity a serpentinity neboli hadce).

Z hlediska tvaru minerálních součástek je možné rozlišit texturu granoblastickou, lepidoblastickou a nematoblastickou.

· textura granoblastická se vyznačuje přítomností převážně izometrických, nepravidelně omezených zrn - napo. mramor

· textura lepidoblastická je charakteristická pro horniny, v nich? jsou v podstatné míře zastoupeny šupinkovité či lupenité minerály - napo. fylit, svor

· textura nematoblastická je podmíněna vyšším zastoupením sloupečkovitých nebo jehlicovitých minerálu - napo. amfibolit

Pro popis horniny lze používat také kombinace tří výše uvedených textur, přičemž převládající typ textury stojí na konci složeného názvu textury (např. lepidogranoblastická textura označuje texturu s převládajícím šupinkatým minerálem nad zrnitým - obr. 16 A).

Podle relativní velikosti minerálu vyskytujících se v hornině se odlišuje textura homeoblastická (přibližně stejně velké součástky) a heteroblastická (různě velké součástky, netvoří se však porfyroblasty). Zvláštním případem je textura porfyroblastická, kdy se v hornině vytvářejí relativně velká minerální zrna - porfyroblasty vzhledem k velikosti minerálních zrn základní hmoty (obr. 16 B).

Minerální složení metamorfovaných hornin
Minerální složení má u metamorfovaných hornin, podobně jako u hornin magmatických a sedimentárních, zásadní význam pro určení horniny, neboť odráží podmínky vzniku horniny. Každý minerál je stabilní pouze v určitém rozmezí teploty a tlaku. Rovněž je pro každý minerál charakteristický určitý interval chemické stability. Při změně kteréhokoli z výše uvedených faktorů za krajní hodnoty intervalu stability, začne docházet k postupné přeměně daného minerálu v jiný minerál. Proces směřuje k rovnovážnému stavu systému, tzn. vzniku takového minerálu, který bude v nových podmínkách stabilní. Pochopení principu těchto postupných přeměn je základem pro pochopení metamorfních procesů.

Minerály metamorfovaných hornin lze podle původu rozdělit do dvou skupin:

· minerály, které pocházejí z původních hornin (např. křemen)

· minerály, které se vytvořily v průběhu metamorfózy - označují se jako metamorfní (např. sericit, sillimanit)

Křemen, živce, muskovit, biotit, některé pyroxeny a amfiboly, granáty, turmalín, jsou příklady minerálů, které se vyskytují jak v magmatických, tak i metamorfovaných horninách. S řadou z nich se setkáváme i v klastických sedimentech díky jejich odolnosti vůči zvětrávání v průběhu rozrušování výchozích hornin i transportu. Mezi nejodolnější patří křemen, muskovit, granáty.

Kromě výše uvedených, existuje ještě skupina minerálů vznikajících jen při metamorfóze: některé granáty, andalusit, kyanit neboli disten, sillimanit, cordierit, staurolit, sericit, chlorit, mastek, serpentin, grafit. Jejich identifikací v hornině lze s největší pravděpodobností považovat danou horninu za metamorfovanou. Některé z nich se mohou vzácně vyskytovat i v jiných než metamorfovaných horninách. Vlastnosti minerálů jsou popsány v přehledné tabulce v doplňkových skriptech "Návod k popisu a určování hornin při samostudiu".

Další (např. křemen, kalcit a dolomit) nezanikají při metamorfóze, a proto se mohou vyskytovat jak v sedimentárních, tak i metamorfovaných horninách (např. přeměna vápence v krystalický vápenec neboli mramor).

Přehled metamorfovaných hornin

Regionálně metamorfované horniny

Regionálně metamorfované horniny s dobře patrnou plošně paralelní texturou jsou nazývány krystalické břidlice. Jestliže vznikly ze sedimentárních hornin, jsou označovány jako parabřidlice, při vzniku z magmatických hornin jsou nazývány ortobřidlice.

Fylit

Barva fylitu je nejčastěji šedá až tmavě šedá. Často obsahuje také příměs chloritu, který způsobuje šedozelenou barvu horniny. Přechod do téměř černé barvy ovlivňuje příměs grafitu. Textura je u fylitu jemně plošně paralelní s výraznou odlučností podle ploch foliace. Podle tvaru minerálních zrn ji lze označit jako lepidoblastickou. Podle absolutní velikosti součástek je fylit velmi jemně zrnitý. Na minerálním složení fylitu se podílí sericit, chlorit, křemen, albit, někdy biotit. Přítomnost sericitu dodává foliačním plochám fylitu i ostatních slabě metamorfovaných hornin hedvábný lesk, který je charakteristickým znakem pro odlišení slabě metamorfovaných břidlic od sedimentárních jílových břidlic (na vrstevních plochách nejsou lesklé).

Sericitová břidlice, chloritová břidlice, mastková břidlice

Jsou to horniny světle šedé až šedozelené barvy, většinou výrazně plošně paralelní, makroskopicky celistvé, převážně s lepidoblastickou texturou. Hlavními minerály jsou sericit a/nebo chlorit a/nebo mastek. Dále se mohou v menším množství vyskytovat živec a epidot.

Svor

Tato krystalická břidlice je většinou šedá, stříbrošedá nebo hnědošedá. Texturu má výrazně plošně paralelní s velmi dobrou odlučností podle ploch foliace. Podle tvaru součástek má svor texturu lepidoblastickou. Podle velikosti součástek je středně zrnitý. Může být rovněž porfyroblastický. Křemen a muskovit a někdy i biotit se podstatnou měrou podílejí na minerálním složení svoru. Podružně jsou zastoupeny živce. Jako porfyroblasty jsou v některých svorech přítomny nejčastěji granáty (granátové svory) nebo staurolit (staurolitové svory).

Pararula

Obvykle má šedou barvu. Plošně paralelní textura bývá většinou zřetelná, ovšem v některých případech může být i nevýrazná. Hlavními minerály jsou křemen, živce a slídy, z nichž převládá biotit. Z typicky metamorfních minerálů je někdy zastoupen sillimanit. Podle minerálního složení lze rozlišovat např. pararuly biotitové, sillimanitové, granátové. Trojice parabřidlic fylit, svor, pararula je příkladem, kdy ze stejné výchozí horniny (pelitické sedimentární horniny) vzniknou v různých stupních metamorfózy různé horniny.

Ve stavební praxi jsou slabě metamorfované horniny (fylity, sericitové, mastkové, chloritové břidlice) spolu se svory a částečně i pararulami horninami náchylnými zejména ke svahovým pohybům, z důvodu zvýšeného výskytu slídových minerálu na plochách foliace, které výrazně snižují tření a způsobují snadnou odlučnost. V rámci studia tektoniky horninového masívu je nutno věnovat dostatečnou pozornost zjištění směru a úhlu úklonu foliačních ploch. Fylity se rovněž používají jako obkladový materiál. Výhodou je, že se dají (podle ploch foliace) štípat na velmi tenké desky.

Metakvarcit

Je to šedá až světle šedá, někdy modrošedá až hnědošedá hornina s všesměrnou nebo plošně paralelní a granoblastickou texturou. U plošně paralelních variet jsou na plochách foliace většinou soustředěny slídy a foliační plochy jsou proto lesklé. Podle minerálního složení lze rozlišovat metakvarcity sericitové, muskovitové a chloritové. V praxi se metakvarcity používají jako drcené kamenivo. Je to dáno jejich technickými vlastnostmi, především pevností a křehkostí.

Mramor

Mramor je souhrnné technické označení pro krystalické vápence a dolomity, které vznikly metamorfózou sedimentárních vápenců a dolomitů. Mramory se od vápenců liší makroskopicky tím, že jsou makroskopicky zrnité (granoblastické). U hruběji zrnitých typů jsou zřetelně vidět lesklé štěpné plochy kalcitu. Barva čistých mramorů je bílá. Barevná pestrost mramoru je však velká a závisí na obsahu příměsí. Vlivem grafitu jsou mramory zbarveny v různých odstínech šedi až po tmavě šedou. Přítomností jiných minerálů vznikají variety narůžovělé, žluté, světle modré, nazelenalé nebo hnědočervené. Textura mramoru je granoblastická, jemně až středně zrnitá, všesměrná, někdy s přechodem do nevýrazně plošně paralelní. Hlavními minerály mramoru jsou kalcit a dolomit. Podružně se v mramorech vyskytuje flogopit (slída zlatohnědé barvy).

Mramory jsou jedněmi z nejpoužívanějších hornin ve stavební praxi (jako stavební i dekorační kámen). Již od nejstarších civilizací jsou díky svým technickým vlastnostem vyhledávaným stavebním materiálem. Jsou velmi snadno opracovatelné (kalcit má tvrdost 3) do libovolných tvaru (použití v sochařství).

Amfibolit

Je šedočerný nebo černý. Texturu má všesměrnou až plošně paralelní (páskovanou), v některých případech pak lineárně paralelní, jemně až hrubě zrnitou. Podle tvaru zrn se jedná o texturu nematoblastickou. Pro amfibolity je charakteristická minerální asociace amfibol a plagioklas. Z dalších minerálů mohou být v amfibolitech zastoupeny např. biotit, pyroxeny a granáty.

Upozornění: neplést si amfibolovec a amfibolit !

Eklogit

Je to velmi tmavá hornina, zelenočerné nebo červenozelené barvy (červeně skvrnitá). Eklogit je příkladem metamorfitu s všesměrnou texturou. Ojediněle mívá náznak plošně paralelní textury. Z hlediska habitu přítomných minerálů je granoblastický až grano-nematoblastický. Velikost zrna kolísá od textury drobnozrnné až po hrubozrnnou. Eklogit je složen z pyroxenu a granátu, což způsobuje jeho vysokou hustotu (3.5 g.cm³). Eklogit je nejpevnější metamorfovanou horninou.

Některé typy eklogitu jsou používány jako dekorační kameny. Vyhledávány jsou zejména typy s černozelenou barvou pyroxenu a dostatečně velkými a barevně výraznými zrny granátu.

Serpentinit (hadec)

Barva serpentinitu je zelenočerná nebo téměř černá. Je to hornina většinou s všesměrnou, makroskopicky celistvou texturou. Navětralé serpentinity přecházejí do žlutozelené barvy. žilky azbestu (chryzotilu) s mocností od několika mm do několika cm jsou v serpentinitech velmi hojné. Hlavním minerálem je serpentin, vedle kterého muže být přítomen granát. Kromě serpentinu a granátu se v serpentinitech mohou vyskytovat i pyroxeny, amfiboly a rudní minerály. Hadce jsou používány jako dekorační kámen. Ceněny jsou především pro svou výraznou temně zelenou až černozelenou barvu a zajímavé žilkování. Odtud pochází i název horniny (připomíná hadí kůži).

Někdy může být problematické odlišení amfibolitu, eklogitu a hadce, zvláště obsahují-li tyto horniny porfyroblasty granátu. Je nutné si uvědomit, že amfibolit a eklogit mají jemně až drobně zrnitou hmotu mezi porfyroblasty, kdežto serpentinit je makroskopicky celistvý. Vzájemné odlišení amfibolitu a eklogitu je obtížnější. Vodítkem může být nazelenalý odstín pyroxenu omfacitu v eklogitu nebo dlouze sloupečkovitý tvar zrn amfibolu v amfibolitu (jsou vidět jehličkovité štěpné plochy amfibolu).

Ortorula

Zbarvení ortoruly je obvykle šedé, žlutohnědé nebo šedočervené. Textura je většinou plošně paralelní (plástevnatá, okatá), ale může být až nevýrazně plošně paralelní. Granoblastická až lepido-granoblastická, drobně až středně zrnitá. Minerálním složením se ortoruly neliší od granitoidních hornin. Převládají křemen, živce, slídy, amfiboly a pyroxeny. Podle minerálního složení lze odlišovat muskovitové, biotitové, dvojslídné nebo amfibolové ruly.

Ortoruly se používají jako kvalitní drcené kamenivo. Ve srovnání s pararulami bývají znatelně trvanlivějším materiálem. Pararulové drcené kamenivo snáze podléhá účinkům mrazového zvětrávání. V případě, že mají ortoruly zvláštní barvu a vhodnou texturu lze je použít i jako dekorační kámen. Ortoruly poutají pozornost především svými texturami, kdy zprohýbané foliační plochy doplněné barevnou pestrostí jednotlivých poloh působí dobrým estetickým dojmem.

Granulit

Je to bílošedá až béžová hornina, plošně až nevýrazně plošně paralelní, jemně až drobně zrnitá. Podle tvaru zrn má granoblastickou až lepidogranoblastickou texturu. Je složena z živců, křemene, biotitu a granátu. Granulity jsou velmi pevné a odolné horniny, a proto se používají jako drcené kamenivo. Na Moravě v okolí Náměště nad Oslavou se kdysi označoval granulit jako bělokámen nebo též "náměšťský kámen".

Migmatity

Jde o skupinu hornin různých textur, které vznikly při nejvyšší metamorfóze (ultrametamorfóze). Jsou to většinou šedě zbarvené horniny. Od rul se liší typickými migmatitovými texturami. Nejběžnější migmatity jsou výrazně páskované. Odlišuje se v nich tzv. metatekt (složka granitická - obvykle světlejší pásky) a substrát (složka blízká svým složením původní hornině - tmavší pásky). Ke vzniku těchto textur dochází již při částečném natavení hmoty horniny. Tím jsou migmatity velmi blízké (podmínkami svého vzniku) horninám vyvřelým. Minerálním složením jsou velmi blízké pararulám.

Přehled kontaktně metamorfovaných hornin

S kontaktně metamorfovanými horninami se může setkat stavební inženýr pouze ojediněle, díky jejich lokálně omezenému výskytu.

Kontaktní břidlice

Vznikají ve vnějších částech kontaktního dvora. Jsou většinou šedé barvy a výrazně břidličnaté textury. Minerální složení je biotit, muskovit, živce a křemen. Na plochách foliace se vytvářejí buď jen shluky grafitového pigmentu nebo porfyroblasty metamorfních minerálů (andalusit, cordierit).

Kontaktní rohovec

Je šedý až tmavě šedý, někdy hnědošedý. Textura je obvykle celistvá, všesměrně až plošně paralelní (páskovaná). Vzniká ve vnitřní části kontaktního dvora (při intenzívnější metamorfóze). Hlavními minerály bývají biotit, živce, křemen, andalusit a cordierit.

Tyto horniny jsou známy především z kontaktu s vyvřelými hlubinnými tělesy. Poskytují kvalitní drcené kamenivo.

Porcelanit

Je často pestře zbarvená hornina. Nejčastěji šedé, ale také žlutošedé, hnědošedé, červenohnědé i černé barvy. Zbarvení závisí na minerálním složení původní pelitické sedimentární horniny. Porcelanity jsou makroskopicky celistvé, všesměrné, značně tvrdé horniny s lasturnatým lomem. Jsou velmi křehké a na hranách ostré. Na rozdíl od sedimentárních rohovců jsou matné a na hranách neprůsvitné.

Erlan (vápenato-silikátový rohovec)

Vzniká kontaktní metamorfózou sedimentárních vápenců, které obsahovaly křemitou nebo jílovitou příměs. Je to šedozelená až hnědošedá, celistvá nebo jemně zrnitá hornina s všesměrnou až slabě plošně paralelní texturou. Hlavními minerály jsou diopsid (druh pyroxenu), živce a křemen. V některých erlanech mohou být přítomny také granáty.