Đá biến chất

Đá biến chất là loại đá hình thành từ sự chuyển đổi của đá mácma, đá trầm tích, hoặc thậm chí đá biến chất trước đó, dưới ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất cao (nhiệt độ từ 150 đến 200°C và áp suất trên 1500 bar), cùng với sự tác động của các chất hóa học, trong một quá trình gọi là biến chất.

Các chất hóa học như nước và axit cacbonic, thường có mặt trong mọi loại đất và đá, đóng vai trò quan trọng trong quá trình biến chất. Tính chất của đá biến chất phụ thuộc vào trạng thái biến chất và cấu tạo của đá trước khi biến đổi. Dưới ảnh hưởng của các yếu tố biến chất, các thành phần của đá có thể tái kết tinh và sắp xếp lại, làm thay đổi cả cấu trúc và thành phần khoáng vật của đá.

Do sự tác động của áp lực và sự kết tinh nhiều loại khoáng vật, đá biến chất thường rắn chắc hơn đá trầm tích. Tuy nhiên, đá biến chất phát triển từ đá mácma thường có tính chất cơ học kém hơn do cấu tạo phiến.

Đá biến chất chiếm ưu thế trong lớp vỏ Trái Đất và được phân loại theo cấu trúc và thành phần hóa học cũng như khoáng vật, hay còn gọi là tướng biến chất. Chúng có thể được hình thành sâu trong lòng đất dưới nhiệt độ và áp suất cao, từ các quá trình kiến tạo mảng như va chạm giữa các lục địa, hoặc từ sự xâm nhập của khối mácma nóng vào lớp vỏ Trái Đất, gây biến đổi cho các đá trước đó.

Khoáng vật trong đá biến chất

Các khoáng vật cấu thành đá biến chất chủ yếu là các khoáng vật vốn có trong đá mácma, đá trầm tích, và còn có thể gặp các khoáng vật đặc trưng chỉ xuất hiện trong đá biến chất sâu như sillimanit, kyanit, staurolit, andalusit, và granat.

Ngoài ra, các khoáng vật như olivin, pyroxen, amphibol, mica, fenspat, và thạch anh cũng được tìm thấy, nhưng chúng không phải luôn là kết quả của quá trình biến chất. Những khoáng vật này bền vững dưới nhiệt độ và áp suất cao nên ít bị biến đổi hóa học trong quá trình biến chất, mặc dù chúng vẫn có thể thay đổi trong một phạm vi nhất định. Sự hiện diện của một số khoáng vật trong đá biến chất phản ánh điều kiện nhiệt độ và áp suất hình thành chúng.

Quá trình thay đổi kích thước hạt trong đá trong quá trình biến chất được gọi là tái kết tinh. Ví dụ, các tinh thể canxít trong đá vôi có thể kết tinh thành các hạt lớn hơn trong đá hoa, hoặc sa thạch biến chất có thể tạo thành đá quartzit với các tinh thể thạch anh lớn hơn, đan xen chặt chẽ. Nhiệt độ cao giúp các nguyên tử và ion di chuyển và sắp xếp lại các tinh thể, trong khi áp suất cao làm hòa tan các tinh thể tại các vị trí tiếp xúc.

Hầu hết các loại đá biến chất (trừ đá hoa và đá quartzit) có thành phần khoáng vật chủ yếu là dạng phiến, với các lớp song song dễ dàng tách thành các phiến mỏng.

Cấu tạo đá biến chất

Quá trình hình thành các lớp trong đá biến chất được gọi là phân lớp. Các lớp này hình thành dưới tác động của lực nén theo một hướng trong quá trình tái kết tinh, đồng thời tạo ra các khoáng vật dạng tấm như mica, clorit với mặt phẳng vuông góc với lực nén. Cấu tạo của đá biến chất được chia thành hai loại chính: cấu tạo phân lớp và cấu tạo không phân lớp.

• Đá có cấu tạo phân lớp hình thành từ sự biến dạng của đá trước đó theo một mặt phẳng, có thể dẫn đến các mặt cát khai của khoáng vật; ví dụ, slat là đá biến chất có cấu tạo phân lớp từ đá phiến sét.
• Đá có cấu tạo không phân lớp không có hoa văn dải theo từng lớp và được hình thành do ứng suất tác động từ nhiều hướng hoặc không có khoáng vật phát triển đặc biệt như phyllit với hạt thô, đá phiến hạt thô hơn, gônai hạt rất thô, và đá hoa.

Một số loại đá biến chất

• Đá gơnai (gneiss) hay đá phiến ma: Đá gơnai hình thành từ đá granit (đá hoa cương) dưới sự biến chất và tái kết tinh do áp lực cao, thuộc loại biến chất khu vực. Đặc trưng bởi các tinh thể hạt thô, cấu tạo lớp hoặc phân lớp, trong đó các khoáng vật như thạch anh màu sáng, fenspat và các khoáng vật màu tối, mica xếp lớp xen kẽ tạo nên vẻ đẹp đặc biệt. Do cấu tạo lớp nên đá gơnai có cường độ khác nhau theo các phương, dễ bị phong hóa và tách lớp. Đá gơnai thường được dùng để ốp lòng bờ kênh và lát vỉa hè.
• Đá hoa: Là đá biến chất tiếp xúc hoặc biến chất khu vực, hình thành từ đá vôi và đá đôlômit dưới tác động của nhiệt độ và áp suất cao. Đá hoa chứa các tinh thể canxit lớn hay nhỏ, đôi khi xen lẫn các hạt đôlômit, liên kết chặt chẽ. Đá hoa có nhiều màu sắc như trắng, vàng, hồng, đỏ, đen với các vân hoa. Cường độ chịu nén đạt từ 1.200 đến 3.000 kg/cm², dễ gia công cơ học, mài nhẵn và đánh bóng. Đá hoa thường được dùng làm tấm ốp trang trí, bậc cầu thang, lát sàn nhà, và làm cốt liệu cho bê tông, granito.
• Đá quartzit (quăczit): Hình thành từ sa thạch hoặc đá thạch anh tái kết tinh. Đá có màu trắng, đỏ hoặc tím, chịu phong hóa tốt, với cường độ chịu nén khá cao (4.000 kg/cm²) và độ cứng lớn. Đá quartzit được sử dụng trong xây trụ cầu, chế tạo tấm ốp, làm đá dăm, đá hộc cho cầu đường và nguyên liệu sản xuất vật liệu chịu lửa.
• Đá bản: Được hình thành từ sự biến chất của đá trầm tích kiểu đá phiến sét dưới áp lực cao, có cấu tạo dạng phiến. Đá có màu xám sẫm, ổn định với không khí, không bị nước phá hoại và dễ tách thành lớp mỏng. Đá phiến sét thường dùng làm vật liệu lợp đẹp mắt.

Các kết cấu đá biến chất

Năm kiểu kết cấu đá biến chất cơ bản và các loại đá điển hình gồm:

• Dạng đá bản (bản nham): Đá bản và phyllit; phân lớp được gọi là 'cát khai đá bản'
• Dạng đá phiến (diệp thạch, phiến nham): đá phiến; phân lớp gọi là 'cát khai đá phiến'
• Dạng gơnai (đá phiến ma, phiến ma nham): Gơnai; phân lớp được gọi là 'cát khai gơnai'
• Dạng granoblastic: Granulit, một số loại cẩm thạch (đá hoa) và quartzit
• Dạng đá sừng: Đá sừng và skarn

• Đá mácma
• Đá trầm tích
• Danh sách khoáng vật
• Danh sách các loại đá
• Danh sách các cấu tạo của đá
• Đá phiến lam

Các liên kết ngoài

• Các cấu trúc đá biến chất - Đại học Kỹ thuật Trung Đông Lưu trữ 2005-03-07 trên Wayback Machine
• Quá trình biến chất - Đại học Alabama Lưu trữ 2008-06-22 trên Wayback Machine
• Phân loại quá trình biến chất - Đại học Tulane
• Ví dụ về biến chất tiếp xúc Lưu trữ 2012-02-16 trên Wayback Machine