METAMORFISME DAN BATUAN METAMORF

METAMORFOSA

Kata “metamorfosa” berasal dari bahasa Yunani, yaitu “metamorphism” dimana “meta” yang artinya “berubah” dan “morph” yang artinya “bentuk”.
Dengan demikian pengertian “metamorfosa” dalam geologi adalah merujuk pada perubahan dari kelompok mineral dan tekstur batuan yang terjadi dalam suatu batuan yang mengalami tekanan dan temperature yang berbeda dengan tekanan dan temperatur saat batuan tersebut pertama kalinya terbentuk.

Metamorfosa adalah proses rekristalisasi di kedalaman kerak bumi ( 3 – 20 km ) yang keseluruhannya atau sebagian besar terjadi dalam keadaan padat, yakni tanpa melalui fasa cair. Sehingga terbentuk struktur dan mineralogi baru yang sesuai dengan lingkungan fisik baru pada tekanan ( P ) dan temperatur ( T ) tertentu.
Menurut H.G.F. Winkler, 1967, metamorfisme adalah proses-proses yang mengubah mineral suatu batuan pada fase padat karena pengaruh atau tanggapan terhadap kondisi fisik dan kimia di dalam kerak bumi, dimana kondisi fisik dan kimia tersebut berbeda dengan kondisi sebelumnya. Proses-proses tersebut tidak termasuk pelapukan dan diagenesis.
Proses metamorfisme kadang-kadang tidak berlangsung sempurna, sehingga perubahan yang terjadi pada batuan asal tidak terlalu besar, hanya kekompakkan pada batuan saja yang bertambah. Proses metamorfisme yang sempurna menyebabkan karakteristik batuan asal tidak terlihat lagi. Pada kondisi perubahan yang sangat ekstrim, peningkatan temperatur mendekati titik lebur batuan, padahal perubahan batuan selama proses metamorfisme harus tetap dalam keadaan padat. Apabila sampai mencapai titik lebur batuan maka proses tersebut bukan lagi proses metamorfisme tetapi proses aktivitas magma.
1. Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Metamorfisme
Metamorphism terjadi sebab beberapa mineral stabil hanya di bawah kondisi tekanan dan temperature tertentu. Ketika terjadi perubahan tekanan dan temperatur, terjadi reaksi kimia yang menyebabkan mineral dalam batuan berubah hingga mencapai kestabilan pada tekanan dan temperature tertentu.
Adapun Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Metamorfisme:
1. Temperature sepanjang Gradien Geothermal.
Perubahan temperatur dapat terjadi oleh karena berbagai macam sebab antara lain oleh adanya pemanasan akibat intrusi magmatik dan perubahan gradien geothermal. Panas dalam skala kecil juga bisa terjadi akibat adanya gesekan/friksi selama terjadinya deformasi suatu massa batuan. Pada batuan silikat batas bawah terjadinya metamorfosa umumnya pada suhu 1500 ± 500 C yang ditandai dengan munculnya mineral-mineral Mg-carpholite, Glaucophane, lawsonite, paragonite, prehnite atau stilpnomelane. Sedangkan batas atas terjadinya metamorfosa sebelum terjadinya pelelehan adalah berkisar 6500 – 11000 C, tergantung jenis batuan asalnya (Bucher & Frey, 1994).
2. Tekanan bertambah seiring dengan bertambahnya,
Pressure dan temperature akan bervariasi dalam tiap kedalaman. Tekanan didefinisikan sebagai gaya yang dihasilkan dari segala arah. Ada beberapa tipe stress, disebut hydrostatic stress, atau uniform stress. Jika stress tidak sama dari segala arah, stress seperti ini disebut differential stress.
- Jika differential stress ada saat atau selama metamorphism, akan mempengaruhi tekstur batuan yang terbentuk.
- Rounded grains bisa menjadi bentuk sejajar dalam arah maximum stress.
- mineral yang mengkristal atau tumbuh dalam differential bidang stress dapat mempunyai orientasi lebih. Khususnya, pada minerals silicate (micas: biotite dan muscovite, chlorite, talc, dan serpentine).

Lembaran-Lembaran Silika akan tumbuh dengan lembaran-lembaran yang berorientasi perpendicular pada arah tegasan maksimum (maximum stress). Orientasi dari lembaran silika menyebabkan batuan dapat pecah sepanjang lembaran yang sejajar. Struktur seperti ini disebut foliasi.
3. Fluid Phase
Aktivitas kimiawi fluida dan gas yang berada pada jaringan antar butir batuan mempunyai peranan yang penting dalam metamorfosa. Fluida aktif yang banyak berperan adalah air beserta karbon dioksida , asam hidroklorik dan hidroflourik. Umumnya fluida dan gas tersebut bertindak sebagai katalis atau solven serta bersifat membantu reaksi kimia dan penyetimbangan mekanis (Huang, 1962).
4. Time
Reaksi kimia dalam metamorfisme, selama recrystallization, dan pembentukan mineral-mineral baru berjalan sangat lambat. Melalui percobaan laboraturium dikatakan bahwa proses metamorfisme dengan waktu yang lebih lama, akan menghasilkan mineral-mineral berbutir besar. Dengan demikian batuan metamorf coarse grained telah melalui tahap metamorfisme yang lama. Eksperimen menyatakan bahwa waktunya dilibatkan adalah berjuta-juta tahun.
2. Agen atau Media Metamorfisme
Agen atau media yang menyebabkan proses metamorfisme adalah panas, tekanan dan cairan kimia aktif. Ketiga media tersebut dapat bekerja bersama-sama pada batuan yang mengalami proses metamorfisme, tetapi derajat metamorfisme dan kontribusi dari tiap agen tersebut berbeda-beda. Pada proses metamorfisme tingkat rendah, kondisi temperatur dan tekanan hanya sedikit diatas kondisi proses pembatuan pada batuan sedimen. Sedangkan pada proses metamorfisme tingkat tinggi, kondisinya sedikit dibawah kondisi proses peleburan batuan.
3. TIPE METAMORFOSA
Berdasarkan faktor-faktor yang mempengaruhi, metamorfosa dapat dibedakan menjadi dua:
1. Metamorfosa regional/ dinamothermal
Metamorfosa regional/dinamothermal merupakan metamorfosa yang terjadi pada daerah yang sangat luas. Metamorfosa ini dibedakan menjadi tiga, yaitu metamorfosa orogenik, burial dan dasar samudera(Ocean-floor).
 Metamorfosa Orogenik
Metamorfosa ini terjadi pada daerah sabuk orogenik dimana terjadi proses deformasi yang menyebabkan rekristalisasi. Umumnya batuan metamorf yang dihasilkan mempunyai butiran mineral yang teroreintasi dan membentuk sabuk yang melampar dari ratusan sampai ribuan kilometer. Proses metamorfosa memerlukan waktu yang sangat lama berkisar antara puluhan juta tahun.

Gambar 3. Zona Subduksi

 Metamorfosa Burial
Metamorfosa ini terjadi oleh akibat kenaikan tekanan dan temperatur pada daerah geosinklin yang mengalami sedimentasi intensif, kemudian terlipat. Proses yang terjadi adalah rekristalisasi dan reaksi antara mineral dengan fluida.

Gambar 4. Cekungan sedimentasi
 Metamorfosa dasar Samudera(Ocean-Floor)
Metamorfosa ini terjadi akibat adanya perubahan pada kerak samudera di sekitar punggungan tengah samudera (mid oceanic ridges). Batuan metamorf yang dihasilkan umumnya berkomposisi basa dan ultrabasa. Adanya pemanasan air laut menyebabkan mudah terjadinya reaksi kimia antara batuan dan air laut tersebut.
2. Metamorfosa Lokal
Metamorfosa lokal merupakan proses metamorfosa yang terjadi pada daerah yang sempit berkisar antara beberapa meter sampai kilometer saja. Metamorfosa ini dapat dibedakan menjadi :
 Metamorfosa Kontak
Metamorfosa kontak terjadi pada batuan yang mengalami pemanasan di sekitar kontak massa batuan beku intrusif maupun ekstrusif. Perubahan terjadi karena pengaruh panas dan material yang dilepaskan oleh magma serta kadang oleh deformasi akibat gerakan magma. Zona metamorfosa kontak disebut contact aureole. Proses yang terjadi umumnya berupa rekristalisasi, reaksi antar mineral, reaksi antara mineral dan fluida serta penggantian/penambahan material. Batuan yang dihasilkan umumnya berbutir halus.

Gambar 1.intrusi magma
 Metamorfosa Kataklastik/Dislokasi/Kinematik/Dinamik
Yaitu metamorfosa yang diakibatkan oleh kenaikan tekanan. Tekanan yang berpengaruh disini ada dua macam, yaitu: hidrostatis, yang mencakup ke segala arah; dan stress, yang mencakup satu arah saja. Makin dalam ke arah kerak bumi pengaruh tekanan hidrostatika semakin besar. Sedangkan tekanan pada bagian kulit bumi yang dekat dengan permukaan saja, metamorfosa semacam ini biasanya didapatkan di daerah sesar/patahan.

Gambar 2. zona sesar
 Metamorfosa Hidrotermal/Metasomatisme
Metamorfosa hidrothermal terjadi akibat adanya perkolasi fluida atau gas yang panas pada jaringan antar butir atau pada retakan-retakan batuan sehingga menyebabkan perubahan komposisi mineral dan kimia. Perubahan juga dipengaruhi oleh adanya confining pressure.
 Metamorfosa Impact
Metamorfosa ini terjadi akibat adanya tabrakan hypervelocity sebuah meteorit. Kisaran waktunya hanya beberapa mikrodetik dan umumnya ditandai dengan terbentuknya mineral coesite dan stishovite.
 Metamorfosa Retrogade/Diaropteris
Metamorfosa ini terjadi akibat adanya penurunan temperatur sehingga kumpulan mineral metamorfosa tingkat tinggi berubah menjadi kumpulan mineral stabil pada temperatur yang lebih rendah.

4. FASIES METAMORFIK
Konsep fasies metamorfik diperkenalkan oleh Eskola, 1915 (Bucher & Frey, 1994). Eskola mengemukakan bahwa kumpulan mineral pada batuan metamorf merupakan karakteristik genetik yang sangat penting sehingga terdapat hubungan antara kumpulan mineral dan kompisisi batuan pada tingkat metamorfosa tertentu. Dengan kata lain sebuah fasies metamorfik merupakan kelompok batuan yang termetamorfosa pada kondisi yang sama yang dicirikan oleh kumpulan mineral yang tetap. Tiap fasies metamorfik dibatasi oleh tekanan dan temperatur tertentu serta dicirikan oleh hubungan teratur antara komposisi kimia dan mineralogi dalam batuan.
Facies merupakan suatu pengelompokkan mineral-mineral metamorfik berdasarkan tekanan dan temperatur dalam pembentukannya pada batuan metamorf. Setiap facies pada batuan metamorf pada umumnya dinamakan berdasarkan jenis batuan (kumpulan mineral), kesamaan sifat-sifat fisik atau kimia.

Zeolite fasies (LP / LT)
The zeolit fasies adalah fasies metamorf dengan terendah grade metamorf. Pada suhu dan tekanan rendah proses dalam batu disebut diagenesis. The fasies ini dinamai zeolit, sangat terhidrasi tectosilicates.
Prehnite-pumpellyite-fasies (LP / LT)
The prehnite-pumpellyite fasies adalah sedikit lebih tinggi tekanan dan temperatur daripada fasies zeolit. Hal ini dinamai dari mineral prehnite (a Ca - Al - phyllosilicate) dan pumpellyite (a sorosilicate).
Greenschist fasies (MP / MT)
Greenschist fasies menengah berada pada tekanan dan temperatur. The fasies ini dinamai khas schistose tekstur dari batu dan warna hijau mineral klorit, epidote dan actinolite.
Amphibolite-fasies (MP / MT-HT)
The amphibolite fasies adalah fasies tekanan menengah dan rata-rata suhu tinggi. Hal ini dinamai amphiboles yang terbentuk dalam keadaan seperti itu.
Granulite fasies (MP / HT)
The granulite fasies adalah nilai tertinggi di metamorphism tekanan menengah. Kedalaman di mana hal ini terjadi tidak konstan. Karakteristik mineral fasies ini dan pyroxene-hornblende fasies adalah orthopyroxene.
Blueschist fasies (MP-HP/LT)
The blueschist fasies berada pada suhu relatif rendah, tetapi tekanan tinggi, seperti terjadi pada batuan di zona subduksi. The fasies ini dinamai menurut karakter schistose bebatuan dan mineral biru glaucophane dan lawsonite.
Eclogite fasies (HP / HT)
The eclogite fasies adalah fasies pada tekanan tinggi dan suhu tinggi. Hal ini dinamai untuk metabasic batu eclogite.
Albite-epidote-hornfels fasies (LP / LT-MT)
The albite-epidote-hornfels fasies adalah fasies pada tekanan rendah dan suhu relatif rendah. Ini adalah nama untuk kedua mineral albite dan epidote, meskipun mereka adalah lebih stabil dalam fasies. Hornfels adalah sebuah batu terbentuk di kontak metamorphism, sebuah proses yang khas melibatkan suhu tinggi tetapi tekanan rendah / kedalaman.
Hornblende hornfels fasies(LP / MT)
hornblende-hornfels fasies adalah fasies dengan tekanan rendah yang sama tapi sedikit lebih tinggi suhu sebagai albite-epidote fasies. Walaupun dinamai mineral hornblende, munculnya mineral yang tidak dibatasi fasies ini.

Pyroxen hornfels fasies(LP / MT-HT)
Pyroxene-hornfels fasies adalah fasies metamorf kontak dengan suhu tertinggi dan adalah, seperti granulite fasies, dicirikan oleh mineral orthopyroxene.
Sanidinite fasies(LP / HT)
The sanidinite fasies adalah fasies langka yang sangat tinggi suhu dan tekanan rendah. Itu hanya bisa dicapai di bawah metamorf kontak tertentu-keadaan. Karena suhu tinggi pengalaman batu mencair parsial dan kaca terbentuk. Fasies ini diberi nama untuk mineral sanidine.

5. MINERALOGI
Mineral-mineral yang terdapat pada batuan metamorf dapat berupa mineral yang berasal dari batuan asalnya maupun dari mineral baru yang terbentuk akibat proses metamorfisme sehingga dapat digolongkan menjadi 3,yaitu :
1. Mineral yang umumnya terdapat pada batuan beku dan batuan metamorf seperti c, biotit, hornblende, piroksen, olivin dan bijih besi.
2. Mineral yang umumnya terdapat pada batuan sedimen dan batuan metamorf seperti kuarsa, muskovit, mineral-mineral lempung, kalsit dan dolomit.
3. Mineral indeks batuan metamorf seperti garnet, andalusit, kianit, silimanit, stautolit, kordierit, epidot dan klorit.
Proses pertumbuhan mineral saat terjadinya metamorfosa pada fase padat dapat dibedakan menjadi secretionary growth, concentrionary growth dan replacement (Ramberg, 1952 dalam Jackson, 1970). Secretionary growth merupakan pertumbuhan kristal hasil reaksi kima fluida yang terdapat pada batuan yang terbentuk akibat adanya tekanan pada batuan tersebut. Concentrionary growth adalah proses pendesakan kristal oleh kristal lainnya untuk membuat ruang pertumbuhan. Sedangkan replacement merupakan proses penggantian mineral lama oleh mineral baru.
Kemampuan mineral untuk membuat ruang bagi pertumbuhannya tidak sama satu dengan yang lainnya. Hal ini dapat ditunjukkan dengan oleh percobaan Becke, 1904 (Jackson, 1970). Percobaan ini menghasilkan Seri Kristaloblastik yang menunjukkan bahwa mineral pada seri yang tinggi akan lebih mudah membuat ruang pertumbuhan dengan mendesak mineral pada seri yang lebih rendah. Mineral dengan kekuatan kristaloblastik tinggi umumnya besar dan euhedral.
Tekanan merupakan faktor yang mempengaruhi stabilitas mineral pada batuan metamorf (Huang, 1962). Dalam hal ini dikenal dua golongan mineral yaitu stress mineral dan antistress mineral. Stress mineral merupakan mineral yang kisaran stabilitasnya akan semakin besar bila terkena tekanan atau dengan kata lain merupakan mineral yang tahan terhadap tekanan. Mineral-mineral tersebut umumnya merupakan penciri batuan yang terkena deformasi sangat kuat. seperti sekis. Contoh stress mineral antara lain kloritoid, stauroilit dan kianit. Sedangkan antistress mineral adalah mineral yang kisaran stabilitasnya akan menurun pada kondisi tekanan yang sama. Mineral ini tidak tahan terhadap tekanan tinggi sehingga tidak pernah ditemukan pada batuan yang terdeformasi kuat. Contoh mineralnya antara lain andalusit, kordierit, augit, hypersten, olivin, potasium felspar dan anortit.

6. DERAJAT METAMORFOSA

Berdasarkan tekanan dan temperatur yang berada diatas kondisi diagenesa, maka ada 3 tingkat derajat metamorfosa yang dapat dikenal, yaitu derajat metomorfosa rendah, sedang dan tinggi. Adapun batas antara metamorfosa dan peleburan sangat dipengaruhi oleh jenis batuan dan jumlah air yang terdapat dalam batuan.

Metamorfosa Burial dicirikan oleh tekanan, temperatur, yang rendah dan kedalaman yang relatif dangkal. Tipe metamorfosa akan meningkat seiring dengan meningkatnya tekanan, temperatur, dan kedalaman, yaitu dari Burial Metamorfosa berubah menjadi Metamorfosa Regional Derajat Rendah dan kemudian dengan semakin meningkatnya tekanan, temperatur dan kedalaman Metamorfosa Regional Derajat Rendah dapat berubah menjadi Metamorfosa Regional Derajat Tinggi, sedangkan pada kedalaman (D > 20 km), Tekanan (P > 7 kilobars), dan Temperatur (T > 700° C ) batuan akan mengalami peleburan (mencair) menjadi magma.


Perubahan yang terjadi didalam kelompok mineral mencerminkan suatu peningkatan dalam derajat metamorfosa (contoh, burial sedimentary atau penebalan kerak akibat tektonik) yang dikenal dengan “prograde metamorphism”. Perubahan yang disebabkan oleh suatu penurunan dalam derajat metamorfosa ( contoh, adanya pengangkatan tektonik dan erosi) dikenal dengan “retrograde”.


Perubahan dalam kelompok mineral pada suatu batuan metamorf didorong oleh komponen-komponen kimiawinya untuk mencapai konfigurasi energi yang terendah pada kondisi tekanan dan temperatur yang ada. Jenis jenis mineral yang terbentuk tergantung tidak saja pada T dan P tetapi juga pada komposisi mineral yang terdapat dalam batuan. Apabila suatu tubuh batuan mengalami peningkatan tekanan dan atau temperatur maka batuan tersebut berada dalam keadaan “prograde metamorphism” atau batuan mengalami peningkatan derajat metamorfosanya. Derajat metamorfosa adalah istilah yang umum yang dipakai untuk menjelaskan kondisi tekanan dan temperatur dimana batuan metamorf terbentuk.

Metamorfosa derajat rendah terjadi pada temperatur antara 200° – 320° C dan tekanan yang relatif rendah. Batuan metamorf derajat rendah dicirikan oleh berlimpahnya mineral-mineral hydrous, yaitu mineral-mineral yang mengandung air (H2O) didalam struktur kristalnya). Contoh dari mineral-mineral hydrous yang terdapat pada batuan-batuan metamorf derajat rendah:
a. Mineral Lempung
b. Serpentine
c. Chlorite

Metamorfosa derajat tinggi terjadi pada temperatur lebih besar dari 320°C dan tekanan yang relatif tinggi. Seiring dengan meningkatnya derajat metamorfosa, maka mineral-mineral hydrous akan semakin kurang hydrous dikarenakan hilangnya unsur H2O dan mineral-mineral non-hydrous menjadi bertambah banyak. Contoh mineral-mineral yang kurang hydrous dan mineral-mineral non-hydrous yang mencirikan batuan metamorfosa derajat tinggi adalah:
Batuan yang berada jauh didalam perut bumi dapat mengalami penurunan tekanan dan temperatur apabila mengalami erosi sebagai akibat dari pengangkatan secara tektonik. Peristiwa tersingkapnya batuan akibat erosi ini memungkinan batuan mengalami pembalikan proses metamorfosa, yaitu batuan kembali pada kondisi awal sebelum mengalami metamorfosa. Pembalikan proses metamorfosa seperti ini dikenal dengan istilah metamorfosa retrogresif. Apabila proses metamorfosa retrogresif merupakan sesuatu yang bersifat umum, maka batuan jenis ini seharusnya juga umum dijumpai dipermukaan bumi, namun demikian kenyataannya bahwa batuan metamorfosa retrogresif jarang dijumpai tersingkap dipermukaan bumi. Alasan alasan mengapa batuan retrogresif tidak umum dijumpai adalah:Reaksi kimia juga akan dipercepat dengan hadirnya fluida, tetapi jika fluida tidak berfungsi sebagai pendorong pada proses metamorfosa retrogresif, maka percepatan reaksi kimia tidak terjadi selama proses metamorfosa retrogresif berlangsung.Pada dasarnya metamorfosa terjadi karena beberapa mineral hanya akan stabil pada kondisi tekanan dan temperatur tertentu. Ketika tekanan dan temperaturnya berubah, reaksi kimia terjadi akan menyebabkan mineral-mineral yang terdapat dalam batuan berubah menjadi sekumpulan mineral yang stabil pada kondisi tekanan dan temperatur yang baru. Namun demikian proses ini sangat komplek, seperti seberapa besar tekanan yang diperlukan agar supaya batuan berubah, waktu yang dibutuhkan untuk merubah batuan, ada tidaknya larutan fluida selama proses metamorfosa.Tekanan juga akan meningkat dengan kedalaman bumi, dengan demikian tekanan dan temperatur akan bervariasi disetiap tempat di kedalaman bumi. Tekanan didefinisikan sebagai gaya yang bekerja kesegala arah secara seimbang dan tekanan jenis ini disebut sebagai “hydrostatic stress” atau “uniform stress”. Jika tekanan kesegala arah tidak seimbang maka disebut sebagai “differential stress”.Jika tekanan diferensial hadir selama proses metamorfosa, maka tekanan ini dapat berdampak pada tektur batuan. Butiran butiran yang berbentuk membundar (rounded) akan berubah menjadi lonjong dengan arah orientasinya tegak lurus dengan tekanan maksimum dari tekanan diferensial. Mineral-mineral yang berbentuk kristal atau mineral yang tumbuh dalam kondisi tekanan diferensial dapat membentuk orientasi. Hal ini terutama terjadi pada mineral-mineral silikat, seperti mineral biotite dan muscovite, chlorite, talc, dan serpentine. Mineral-mineral silikat yang tumbuh dengan lembarannya berorientasi tegak lurus terhadap arah maksimum tekanan diferensial akan menyebabkan batuan mudah pecah sejajar dengan arah oerientasi dari lembaran mineralnya. Struktur yang demikian disebut sebagai Keberadaan setiap rongga antar butir dalam suatu batuan menjadi potensi untuk diisi oleh larutan fluida, dan umumnya larutan fluida yang paling dominan adalah H2O, tetapi berisi material mineral. Fase fluida adalah fase yang penting karena rekasi kimia yang melibatkan sau mineral padat berubah menjadi mineral padat lainnya hanya dapat dipercepat oleh adanya fluida yang berfungsi sebagai pembawa ion-ion terlarut. Dengan naiknya tekanan pada proses metamorfosa, maka ruang antar butir tempat fluida mengalir menjadi berkurang dan dengan demikian fluida menjadi tidak berfungsi sebagai penggerak reaksi. Dengan demikian tidak ada larutan fluida ketika temperatur dan tekanan berkurang sehingga metamorfosa retrogresif menjadi sulit terjadi.
Reaksi kimia yang terlibat dalam metamorfosa, selama re-kristalisasi, dan pertumbuhan mineral-mineral baru terjadi pada waktu yang sangat lambat. Hasil uji laboratorium mendukung hal tersebut dimana dibutuhkan waktu yang lama dalam proses metamorfosa untuk membentuk butiran butiran mineral yang ukurannya cukup besar. Jadi, batuan metamorf yang berbutir kasar akan memerlukan waktu yang lama, diperkirakan membutuhkan waktu hingga jutaan tahun.

BATUAN METAMORF
Batuan metamorf merupakan batuan hasil malihan dari batuan yang telah ada sebelumnya yang ditunjukkan dengan adanya perubahan komposisi mineral, tekstur dan struktur batuan yang terjadi pada fase padat (solid rate) akibat adanya perubahan temperatur, tekanan dan kondisi kimia di kerak bumi ( Ehlers & Blatt, 1982).
Batuan metamorf adalah hasil dari perubahan-perubahan fundamental batuan yang sebelumnya telah ada. Panas yang intensif yang dipancarkan oleh suatu massa magma yang sedang mengintrusi menyebabkan metamorfosa kontak. Metamorfosa regional yang meliputi daerah yang sangat luas disebabkan oleh efek tekanan dan panas pada batuan yang terkubur sangat dalam.
Namun perlu dipahami bahwa proses metamorfosa terjadi dalam keadaan padat, dengan perubahan kimiawi dalam batas-batas tertentu saja dan meliputi proses-proses rekristalisasi, reorientasi dan pembentukan mineral-mineral baru dengan penyusunan kembali elemen-elemen kimia yang sebelumnya telah ada. ( Graha, D.S, 1987 .)
Menurut Turner (1954, lihat Williams dkk, 1954:161-162) menyebutkan bahwa batuan metamorf adalah batuan yang telah mengalami perubahan mineralogik dan struktur oleh proses metamorfisme dan terjadi langsung dari fase padat tanpa melalui fase cair.




1. Pembentukan Batuan Metamorf
Batuan beku dan sedimen dibentuk akibat interaksi dari proses kimia, fisika, biologi dan kondisi-kondisinya di dalam bumi serta di permukaannya. Bumi merupakan sistim yang dinamis, sehingga pada saat pembentukannya, batuan-batuan mungkin mengalami keadaan yang baru dari kondisi-kondisi yang dapat menyebabkan perubahan yang luas di dalam tekstur dan mineraloginya. Perubahan-perubahan tersebut terjadi pada tekanan dan temperatur di atas diagenesa dan di bawah pelelehan, maka akan menunjukkan sebagai proses metamorfisme.
Suatu batuan mungkin mengalami beberapa perubahan lingkungan sesuai dengan waktu, yang dapat menghasilkan batuan polimetamorfik. Sifat-sifat yang mendasar dari perubahan metamorfik adalah batuan tersebut terjadi selama batuan berada dalam kondisi padat. Perubahan komposisi di dalam batuan kurang berarti pada tahap ini, perubahan tersebut adalah isokimia yang terdiri dari distribusi ulang elemen-elemen lokal dan volatil diantara mineral-mineral yang sangat reaktif. Pendekatan umum untuk mengambarkan batas antara diagenesa dan metamorfisme adalah menentukan batas terbawah dari metamorfisme sebagai kenampakan pertama dari mineral yang tidak terbentuk secara normal di dalam sedimen-sedimen permukaan, seperti epidot dan muskovit. Walaupun hal ini dapat dihasilkan dalam batas yang lebih basah. Sebagai contoh, metamorfisme shale yang menyebabkan reaksi kaolinit dengan konstituen lain untuk menghasilkan muskovit. Bagaimanapun juga, eksperimen-eksperimen telah menunjukkan bahwa reaksi ini tidak menempati pada temperatur tertentu tetapi terjadi antara 200°C – 350°C yang tergantung pada pH dan kandungan potasium dari material-material disekitarnya. Mineral-mineral lain yang dipertimbangkan terbentuk pada awal metamorfisme adalah laumonit, lawsonit, albit, paragonit atau piropilit. Masing-masing terbentuk pada temperatur yang berbeda di bawah kondisi yang berbeda, tetapi secara umum terjadi kira-kira pada 150°C atau dikehendaki lebih tinggi. Di bawah permukaan, temperatur di sekitarnya 150°C disertai oleh tekanan lithostatik kira-kira 500 bar.

Gambar: memperlihatkan batuan asal yang mengalami metamorfisme tingkat rendah – medium dan tingkat tinggi (O’Dunn dan Sill, 1986).
2. Pengenalan Batuan Metamorf
Pengenalan batuan metamorf tidak jauh berbeda dengan jenis batuan lain yaitu didasarkan pada warna, tekstur, struktur dan komposisinya. Namun untuk batuan metamorf ini mempunyai kekhasan dalam penentuannya yaitu pertama-tama dilakukan tinjauan apakah termasuk dalam struktur foliasi (ada penjajaran mineral) atau non foliasi (tanpa penjajaran mineral)
3. Penamaan Dan Klasifikasi Batuan Metamorf
Tatanama batuan metamorf secara umum tidak sesismatik penamaan batuan beku atau sedimen. Kebanyakan nama batuan metamorf didasarkan pada kenampakan struktur dan teksturnya. Untuk memperjelas banyak dipergunakan kata tambahan yang menunjukkan ciri khusus batuan metamorf tersebut, misalnya keberadaan mineral pencirinya (contohnya sekis klorit) atau nama batuan beku yang mempunyai komposisi yang sama (contohnya granite gneiss). Beberapa nama batuan juga berdasarkan jenis mineral penyusun utamanya (contohnya kuarsit) atau dapat pula dinamakan berdasarkan fasies metamorfiknya (misalnya granulit).
a. Klasifikasi Batuan Metamorf (Berdasarkan komposisi kimianya)
Klasifikasi ini di tinjau dari unsur-unsur kimia yang terkandung di dalam batuan metamorf yang akan mencirikan batuan asalnya. Berdasarkan komposisi kimianya batuan metamorf terbagi menjadi 5 kelompok, yaitu :
 Calcic Metamorphic Rock
adalah batuan metamorf yang berasal dari batuan yang bersifat kalsik (kaya unsur Al), umumnya terdiri atas batulempung dan serpih. Contoh: batusabak dan Phyllite.
 Quartz Feldsphatic Rock
adalah batuan metamorf yang berasal dari batuan yang kaya akan unsur kuarsa dan feldspar. Contoh : Gneiss
 Calcareous Metamorphic Rock
adalah batuan metamorf yang berasal dari batugamping dan dolomit. Contoh : Marmer
 Basic Metamorphic Rock
adalah batuan metamorf yang berasal dari batuan beku basa, semibasa dan menengah, serta tufa dan batuan sedimen yang bersifat napalan dengan kandungan unsur K, Al, Fe,
 Magnesia Metamorphic Rock
adalah batuan metamorf yang berasal dari batuan yang kaya akan Mg. Contoh : serpentit, sekis.

b. Struktur Batuan Metamorf
Secara umum struktur yang dijumpai di dalam batuan metamorf dibagi menjadi dua kelompok besar yaitu struktur foliasi dan struktur non foliasi. Struktur foliasi ditunjukkan oleh adanya penjajaran mineral-mineral penyusun batuan metamorf, sedang struktur non foliasi tidak memperlihatkan adanya penjajaran mineral-mineral penyusun batuan metamorf.
 Struktur Foliasi
a. Struktur Skistose: struktur yang memperlihatkan penjajaran mineral pipih (biotit, muskovit, felspar) lebih banyak dibanding mineral butiran.
b. Struktur Gneisik: struktur yang memperlihatkan penjajaran mineral granular, jumlah mineral granular relatif lebih banyak dibanding mineral pipih.
c. Struktur Slatycleavage: sama dengan struktur skistose, kesan kesejajaran mineraloginya sangat halus (dalam mineral lempung).
d. Struktur Phylitic: sama dengan struktur slatycleavage, hanya mineral dan kesejajarannya sudah mulai agak kasar.
 Struktur Non Foliasi
a. Struktur Hornfelsik: struktur yang memperlihatkan butiran-butiran mineral relatif seragam.
b. Struktur Kataklastik: struktur yang memperlihatkan adanya penghancuran terhadap batuan asal.
c. Struktur Milonitik: struktur yang memperlihatkan liniasi oleh adanya orientasi mineral yang berbentuk lentikuler dan butiran mineralnya halus.
d. Struktur Pilonitik: struktur yang memperlihatkan liniasi dari belahan permukaan yang berbentuk paralel dan butiran mineralnya lebih kasar dibanding struktur milonitik, malah mendekati tipe struktur filit.
e. Struktur Flaser: sama struktur kataklastik, namun struktur batuan asal berbentuk lensa yang tertanam pada masa dasar milonit.
f. Struktur Augen: sama struktur flaser, hanya lensa-lensanya terdiri dari butir-butir felspar dalam masa dasar yang lebih halus.
g. Struktur Granulose: sama dengan hornfelsik, hanya butirannya mempunyai ukuran beragam.
h. Struktur Liniasi: struktur yang memperlihatkan adanya mineral yang berbentuk jarus atau fibrous.
c. Tekstur Batuan Metamorf
Tekstur yang berkembang selama proses metamorfisme secara tipikal penamaanya mengikuti kata-kata yang mempunyai akhiran -blastik. Contohnya, batuan metamorf yang berkomposisi kristal-kristal berukuran seragam disebut dengan granoblastik. Secara umum satu atau lebih mineral yang hadir berbeda lebih besar dari rata-rata; kristal yang lebih besar tersebut dinamakan porphiroblast. Porphiroblast, dalam pemeriksaan sekilas, mungkin membingungkan dengan fenokris (pada batuan beku), tetapi biasanya mereka dapat dibedakan dari sifat mineraloginya dan foliasi alami yang umum dari matrik. Pengujian mikroskopik porphiroblast sering menampakkan butiran-butiran dari material matrik, dalam hal ini disebut poikiloblast. Poikiloblast biasanya dianggap terbentuk oleh pertumbuhan kristal yang lebih besar disekeliling sisa-sisa mineral terdahulu, tetapi kemungkinan poikiloblast dapat diakibatkan dengan cara pertumbuhan sederhana pada laju yang lebih cepat daripada mineral-mineral matriknya, dan yang melingkupinya. Termasuk material yang menunjukkan (karena bentuknya, orientasi atau penyebarannya) arah kenampakkan mula-mula dalam batuan (seperti skistosity atau perlapisan asal); dalam hal ini porphiroblast atau poikiloblast dikatakan mempunyai tekstur helicitik. Kadangkala batuan metamorf terdiri dari kumpulan butiran-butiran yang berbentuk melensa atau elipsoida; bentuk dari kumpulan-kumpulan ini disebut augen (German untuk “mata”), dan umumnya hasil dari kataklastik (penghancuran, pembutiran, dan rotasi). Sisa kumpulan ini dihasilkan dalam butiran matrik. Istilah umum untuk agregat adalah porphyroklast.
 Tekstur Kristaloblastik
Tekstur batuan metamorf yang dicirikan dengan tekstur batuan asal sudah tidak kelihatan lagi atau memperlihatkan kenampakan yang sama sekali baru. Dalam penamaannya menggunakan akhiran kata –blastik.
a. Tekstur Porfiroblastik: sama dengan tekstur porfiritik (batuan beku), hanya kristal besarnya disebut porfiroblast.
b. Tekstur Granoblastik: tekstur yang memperlihatkan butir-butir mineral seragam.
c. Tekstur Lepidoblastik: tekstur yang memperlihatkan susunan mineral saling sejajar dan berarah dengan bentuk mineral pipih.
d. Tekstur Nematoblastik: tekstur yang memperlihatkan adanya mineral-mineral prismatik yang sejajar dan terarah.
e. Tekstur Idioblastik: tekstur yang memperlihatkan mineral-mineral berbentuk euhedral.
f. Tekstur Xenoblastik: sama dengan tekstur idoblastik, namun mineralnya berbentuk anhedral.
 Tekstur Palimpset
Tekstur batuan metamorf yang dicirikan dengan tekstur sisa dari batuan asal masih bisa diamati. Dalam penamaannya menggunakan awalan kata –blasto.
a. Tekstur Blastoporfiritik: tekstur yang memperlihatkan batuan asal yang porfiritik.
b. Tekstur Blastopsefit: tekstur yang memperlihatkan batuan asal sedimen yang ukuran butirnya lebih besar dari pasir.
c. Tekstur Blastopsamit: sama dengan tekstur blastopsefit, hanya ukuran butirnya sama dengan Spasir.
d. Tekstur Blastopellit: tekstur yang memperlihatkan batuan asal sedimen yang ukuran butirnya lempung.

d. Selain batuan yang penamaannya berdasarkan struktur, batuan metamorf lainnya yang banyak dikenal antara lain :
 Amphibolit yaitu batuan metamorf dengan besar butir sedang sampai kasar dan mineral utama penyusunnya adalah amfibol(umumnya hornblende) dan plagioklas. Batuan ini dapat menunjukkan schystosity bila mineral prismatiknya terorientasi.
 Eclogit yaitu batuan metamorf dengan besar butir sedang sampai kasar dan mineral penyusun utamanya adalah piroksen ompasit (diopsid kaya sodium dan aluminium) dan garnet kaya pyrope.
 Granulit, yaitu tekstur batuan metamorf dengan tekstur granoblastik yang tersusun oleh mineral utama kuarsa dan felspar serta sedikit piroksen dan garnet. Kuarsa dan garnet yang pipih kadang dapat menunjukkan struktur gneissic.
 Serpentinit, yaitu batuan metamorf dengan komposisi mineralnya hampir semuanya berupa mineral kelompok serpentin. Kadang dijumpai mineral tambahan seperti klorit, talk dan karbonat yang umumnya berwarna hijau.
 Marmer, yaitu batuan metamorf dengan komposisi mineral karbonat (kalsit atau dolomit) dan umumnya bertekstur granoblastik.
 Skarn, Yaitu marmer yang tidak murni karena mengandung mineral calc-silikat seperti garnet, epidot. Umumnya terjadi karena perubahan komposisi batuan disekitar kontak dengan batuan beku.
 Kuarsit, Yaitu batuan metamorf yang mengandung lebih dari 80% kuarsa.
 Soapstone, Yaitu batuan metamorf dengan komposisi mineral utama talk.
 Rodingit, Yaitu batuan metamorf dengan komposisi calc-silikat yang terjadi akibat alterasi metasomatik batuan beku basa didekat batuan beku ultrabasa yang mengalami serpentinitasi. (Diktat praktikum petrologi, 2007)

BEBERAPA CONTOH BATUAN METAMORF
1. Slate


Slate merupakan batuan metamorf terbentuk dari proses metamorfosisme batuan sedimen Shale atau Mudstone (batulempung) pada temperatur dan suhu yang rendah. Memiliki struktur foliasi (slaty cleavage) dan tersusun atas butir-butir yang sangat halus (very fine grained).
Asal : Metamorfisme Shale dan Mudstone
Warna : Abu-abu, hitam, hijau, merah
Ukuran butir : Very fine grained
Struktur : Foliated (Slaty Cleavage)
Komposisi : Quartz, Muscovite, Illite
Derajat metamorfisme : Rendah
Ciri khas : Mudah membelah menjadi lembaran tipis


2. Filit


Merupakan batuan metamorf yang umumnya tersusun atas kuarsa, sericite mica dan klorit. Terbentuk dari kelanjutan proses metamorfosisme dari Slate.
Asal : Metamorfisme Shal
Warna : Merah, kehijauan
Ukuran butir : Halus
Stuktur : Foliated (Slaty-Schistose)
Komposisi : Mika, kuarsa
Derajat metamorfisme : Rendah – Intermediate
Ciri khas : Membelah mengikuti permukaan gelombang


3. Gneiss


Merupakan batuan yang terbentuk dari hasil metamorfosisme batuan beku dalam temperatur dan tekanan yang tinggi. Dalam Gneiss dapat diperoleh rekristalisasi dan foliasi dari kuarsa, feldspar, mika dan amphibole.
Asal : Metamorfisme regional siltstone, shale, granit
Warna : Abu-abu
Ukuran butir : Medium – Coarse grained
Struktur : Foliated (Gneissic)
Komposisi : Kuarsa, feldspar, amphibole, mika
Derajat metamorfisme : Tinggi
Ciri khas : Kuarsa dan feldspar nampak berselang-seling dengan lapisan tipis kaya amphibole dan mika.


4. Sekis


Schist (sekis) adalah batuan metamorf yang mengandung lapisan mika, grafit, horndlende. Mineral pada batuan ini umumnya terpisah menjadi berkas-berkas bergelombang yang diperlihatkan dengan kristal yang mengkilap.
Asal : Metamorfisme siltstone, shale, basalt
Warna : Hitam, hijau, ungu
Ukuran butir : Fine – Medium Coarse
Struktur : Foliated (Schistose)
Komposisi : Mika, grafit, hornblende
Derajat metamorfisme : Intermediate – Tinggi
Ciri khas : Foliasi yang kadang bergelombang, terkadang terdapat kristal garnet

5. Marmer


Terbentuk ketika batu gamping mendapat tekanan dan panas sehingga mengalami perubahan dan rekristalisasi kalsit. Utamanya tersusun dari kalsium karbonat. Marmer bersifat padat, kompak dan tanpa foliasi.
Asal : Metamorfisme batu gamping, dolostone
Warna : Bervariasi
Ukuran butir : Medium – Coarse Grained
Struktur : Non foliasi
Komposisi : Kalsit atau Dolomit
Derajat metamorfisme : Rendah – Tinggi
Ciri khas : Tekstur berupa butiran seperti gula, terkadang terdapat fosil, bereaksi dengan HCl.


6. Kuarsit



Adalah salah satu batuan metamorf yang keras dan kuat. Terbentuk ketika batupasir (sandstone) mendapat tekanan dan temperatur yang tinggi. Ketika batupasir bermetamorfosis menjadi kuarsit, butir-butir kuarsa mengalami rekristalisasi, dan biasanya tekstur dan struktur asal pada batupasir terhapus oleh proses metamorfosis .
Asal : Metamorfisme sandstone (batupasir)
Warna : Abu-abu, kekuningan, cokelat, merah
Ukuran butir : Medium coarse
Struktur : Non foliasi
Komposisi : Kuarsa
Derajat metamorfisme : Intermediate – Tinggi
Ciri khas : Lebih keras dibanding glass


7. Milonit



Milonit merupakan batuan metamorf kompak. Terbentuk oleh rekristalisasi dinamis mineral-mineral pokok yang mengakibatkan pengurangan ukuran butir-butir batuan. Butir-butir batuan ini lebih halus dan dapat dibelah seperti schistose.
Asal : Metamorfisme dinamik
Warna : Abu-abu, kehitaman, coklat, biru
Ukuran butir : Fine grained
Struktur : Non foliasi
Komposisi : Kemungkinan berbeda untuk setiap batuan
Derajat metamorfisme : Tinggi
Ciri khas : Dapat dibelah-belah


8. Serpetinit



Serpentinit, batuan yang terdiri atas satu atau lebih mineral serpentine dimana mineral ini dibentuk oleh proses serpentinisasi (serpentinization). Serpentinisasi adalah proses proses metamorfosis temperatur rendah yang menyertakan tekanan dan air, sedikit silica mafic dan batuan ultramafic teroksidasi dan ter-hidrolize dengan air menjadi serpentinit.
Asal : Batuan beku basa
Warna : Hijau terang / gelap
Ukuran butir : Medium grained
Struktur : Non foliasi
Komposisi : Serpentine
Ciri khas : Kilap berminyak dan lebih keras dibanding kuku jari


9. Hornfels



Hornfels terbentuk ketika shale dan claystone mengalami metamorfosis oleh temperatur dan intrusi beku, terbentuk di dekat dengan sumber panas seperti dapur magma, dike, sil. Hornfels bersifat padat tanpa foliasi.
Asal : Metamorfisme kontak shale dan claystone
Warna : Abu-abu, biru kehitaman, hitam
Ukuran butir : Fine grained
Struktur : Non foliasi
Komposisi : Kuarsa, mika
Derajat metamorfisme : Metamorfisme kontak
Ciri khas : Lebih keras dari pada glass, tekstur merat