320x320px|right|thumb| Dijagram ciklusa stijena thumb|upright=1.6| thumb|upright=1.5|Ovaj dijamant je mineral iz magmatske ili metamorfne stijene koji se formirao na visokoj temperaturi i pritisku|lijevo Ciklus stijena je osnovni koncept u geologiji koji opisuje prelaze kroz geološko vrijeme između tri glavne stijena vrste: sedimentna, metamorfna i magmatska. Svaka vrsta stijene se mijenja kada je prisiljena izaći iz svojih ravnotežnih uslova. Naprimjer, magmatska stijena poput bazalta može se raspasti i rastvoriti kada je izložena atmosferi ili se topiti dok se subdukuje pod kontinentom. Zbog pokretačkih sila ciklusa stijena, tektonike ploča i ciklusa vode, stijene ne ostaju u ravnoteži i mijenjaju se kada se susretnu s novim okruženjima. Ciklus stijena objašnjava kako su tri vrste stijena međusobno povezane i kako se procesi mijenjaju iz jedne vrste u drugu tokom vremena. Ovaj ciklični aspekt čini promjenu stijena geološkim ciklusom, a na planetama koje sadrže život, i biogeohemijskim ciklusom.
thumb|upright=1.3|Strukture magmatske stijene: A = magmatska komora (batolit); B = dajk/dajk; C = lakolit; D = pegmatit; E = sil; F = stratovulkan; procesi: 1 = novija intruzija koja probija stariju; 2 = ksenolit ili krovni pendant; 3 = kontaktni metamorfizam; 4 = izdizanje zbog postavljanja lakolita.|lijevo
Prelazak u magmatsku stijenu
Kada se stijene gurnu duboko ispod površine Zemlje, mogu se otopiti u magmu. Ako više ne postoje uslovi da magma ostane u tečnom stanju, ona se hladi i stvrdnjava u magmatsku stijenu. Stijena koja se hladi unutar Zemlje naziva se intruzivna ili plutonska stijena i hladi se vrlo sporo, stvarajući grubozrnatu teksturu poput granita. Kao rezultat vulkanske aktivnosti, magma (koja se naziva lava kada dosegne Zemljinu površinu) može se vrlo brzo ohladiti na Zemljinoj površini izloženoj Zemljinoj atmosferi i nazivaju se ekstruzivne ili vulkanske stijene. Ove stijene su sitnozrnaste i ponekad se hlade tako brzo da se ne mogu formirati kristali i rezultirati prirodnim staklom, poput opsidijana; međutim najčešća sitnozrnasta stijena poznata je kao bazalt. Bilo koja od tri glavne vrste stijena (magmatske, sedimentne i metamorfne stijene) može se otopiti u magmu i ohladiti u magmatske stijene.
Sekundarne promjene Epigenetske promjene (sekundarni procesi koji se odvijaju na niskim temperaturama i niskim pritiscima) mogu se svrstati pod nekoliko naslova, od kojih je svaki tipičan za grupu stijena ili minerala koji formiraju stijene, iako je obično više od jedne od ovih promjena u toku u istoj stijeni. Silicifikacija, zamjena minerala kristalnim ili kriptokristalnim silicij-dioksidom, najčešća je u felzičnim stijenama, kao što je riolit, ali se nalazi i u serpentinu itd. Kaolinizacija je razgradnja feldspata, koji su najčešći minerali u magmatskim stijenama, u kaolin (zajedno s kvarcom i drugim mineralima gline); najbolje je prikazana granitom i sijenitom. Serpentinizacija je promjena olivina u serpentin (s magnetitom); tipična je za peridotite, ali se javlja u većini mafičnih stijena. U uralitizaciji, sekundarna hornblenda zamjenjuje augit; kloritizacija je promjena augita (biotita ili hornblende) u hlorit i vidi se u mnogim dijabazima, dioritima i zelenim kamenjem. Epidotizacija se također javlja u stijenama ove grupe i sastoji se u razvoju epidota iz biotita, hornblende, augita ili plagioklasnog feldspata.
Prelazak u metamorfnu stijenu Stijene izložene visokim temperaturama i pritiscima mogu se fizički ili hemijski promijeniti i formirati drugačiju stijenu, koja se naziva metamorfna. Regionalni metamorfizam odnosi se na efekte na velike mase stijena na širokom području, obično povezane s događajima stvaranja planina unutar orogenih pojaseva. Ove stijene obično pokazuju različite pojaseve različite mineralogije i boja, nazvane folijacija. Druga glavna vrsta metamorfizma nastaje kada tijelo stijene dođe u kontakt s magmatskom intruzijom koja zagrijava okolnu stijenu. Ovaj kontaktni metamorfizam rezultira stijenom koja je promijenjena i rekristalizirana ekstremnom toplinom magme i/ili dodavanjem tekućina iz magme koje dodaju hemikalije okolnoj stijeni (metasomatizam). Bilo koja postojeća vrsta stijene može se modificirati procesima metamorfizma.
Prelazak u sedimentnu stijenu Stijene izložene atmosferi su promjenjivo nestabilne i podložne procesima trošenja i erozija. Trošenje i erozija razbijaju originalnu stijenu na manje fragmente i odnose rastvoreni materijal. Ovaj fragmentirani materijal se akumulira i zatrpava dodatnim materijalom. Dok je pojedinačno zrno pijeska i dalje član klase stijene od koje je formirano, stijena sastavljena od takvih zrna spojenih zajedno je sedimentna. Sedimentne stijene mogu nastati litifikacijom ovih zakopanih manjih fragmenata (klastična sedimentna stijena), akumulacijom i litifikacijom materijala koji stvaraju živi organizmi (biogena sedimentna stijena - fosil), ili litifikacijom hemijski istaloženog materijala iz rastvora koji sadrži minerale zbog evaporacije (precipitatna sedimentna stijena). Klastične stijene mogu se formirati od fragmenata odlomljenih od većih stijena bilo koje vrste, zbog procesa kao što je erozija ili od organskog materijala, poput biljnih ostataka. Biogene i precipitacijske stijene nastaju taloženjem minerala iz hemikalija rastvorenih iz svih ostalih vrsta stijena.
Sile koje pokreću ciklus stijena
Tektonika ploča
Godine 1967., J. Tuzo Wilson objavio je članak u časopisu Nature u kojem opisuje ponovljeno otvaranje i zatvaranje okeanskih bazena, posebno se fokusirajući na trenutno područje Atlantskog okeana. Ovaj koncept, dio revolucije tektonike ploča, postao je poznat kao Wilsonov ciklus. Wilsonov ciklus je imao dubok uticaj na moderno tumačenje ciklusa stijena, jer je tektonika ploča postala prepoznata kao pokretačka snaga ciklusa stijena.
Širenje grebena Na srednjookeanskim divergentnim granicama nova magma nastaje izlijetanjem plašta i plitkom zonom topljenja. Ova mladalačka (juvenilna) bazaltna magma je rana faza magmatskog dijela ciklusa. Kako se tektonske ploče s obje strane grebena razmiču, nova stijena se odnosi s grebena, interakcija zagrijane cirkulirajuće morske vode kroz frakture započinje retrogradni metamorfizam nove stijene.
Zone subdukcije
Nova bazaltna okeanska kora na kraju susreće subdukcijsku zonu dok se udaljava od širenja grebena. Kako se ova kora povlači nazad u plašt, rastući pritisak i temperatura uzrokuju restrukturiranje mineralogije stijene, a ovaj metamorfizam mijenja stijenu formirajući eklogit. Kako se ploča bazaltne kore i neki uključeni sedimenti povlače dublje, voda i drugi isparljiviji materijali se istiskuju i podižu u gornji klin stijene iznad zone subdukcije, koja je na nižem pritisku. Niži pritisak, visoka temperatura i sada isparljivi materijal u ovom klinu se topi, a rezultirajuća plutajuća magma se diže kroz gornju stijenu stvarajući ostrvski luk ili kontinentalnu marginu. Ovaj vulkanizam uključuje više silicijevih lava, što je dalje od ruba ostrvskog luka ili kontinentalne margine, što ukazuje na dublji izvor i diferenciraniju magmu.
Ponekad se dio metamorfozirane ploče koja se spušta može potisnuti ili obdukcijski pritisnuti na kontinentalnu marginu. Ovi blokovi plaštanog peridotita i metamorfnih eklogita izloženi su kao ofiolitni kompleksi.
Novoeruptirani vulkanski materijal podložan je brzoj eroziji, ovisno o klimatskim uvjetima. Ovi sedimenti se akumuliraju unutar bazena s obje strane otočnog luka. Kako sedimenti dublje zakopavaju, počinje litifikacija i nastaju sedimentne stijene.
Sudar kontinenata U završnoj fazi klasičnog Wilsonovog ciklusa, dva kontinentalna ili manja terena susreću se u konvergentnoj zoni. Kada se dvije mase kontinentalne kore susretnu, nijedna ne može biti subducirana jer su obje silicijske stijene "niske gustoće". Kada se dvije mase susretnu, ogromne kompresijske sile iskrivljuju i modificiraju stijene koje su uključene. Rezultat je regionalni metamorfizam unutar unutrašnjosti nastale orogeneze ili događaja stvaranja planina. Kako se dvije mase komprimiraju, nabiraju i rasjedaju u planinski lanac kontinentalnim sudarom, cijeli niz prethodno postojećih magmatskih, vulkanskih, sedimentnih i ranijih metamorfnih stijenskih jedinica podvrgnut je ovom novom metamorfnom događaju.
Ubrzana erozija Visoki planinski lanci nastali kontinentalnim sudarima odmah su izloženi silama erozije. Erozija uništava planine i masivne gomile sedimenta se razvijaju u susjednim okeanskim rubovima, plitkim morima i kao kontinentalni sedimenti. Kako se ove gomile sedimenta zakopavaju dublje, one se litificiraju u sedimentne stijene. Metamorfne, magmatske i sedimentne planinske stijene postaju nove gomile sedimenta u susjednim bazenima i na kraju postaju sedimentne stijene.
Proces evolucije Ciklus stijena tektonike ploča je evolucijski proces. Generisanje magme, kako u okruženju grebena širenja, tako i unutar klina iznad zone subdukcije, pogoduje erupciji silicij-bogatijeg i isparljivijeg dijela kore ili gornjeplaštanog materijala. This lower density material tends to stay within the crust and not be subducted back into the mantle. Magmatski aspekti tektonike ploča teže postepenoj segregaciji unutar ili između plašta i kore. Kako se magma formira, početni talio se sastoji od silikatnijih faza koje imaju nižu tačku topljenja. To dovodi do djelimičnog topljenja i daljnje segregacije litosfere. Osim toga, silicijska kontinentalna kora je relativno plutajuća i obično se ne subducira natrag u plašt. Tako da tokom vremena kontinentalne mase postaju sve veće i veće.
Uloga vode
Prisustvo obilne vode na Zemlji igra fundamentalnu ulogu u pokretanju ciklusa stijena. Najistaknutije je to što voda posreduje u procesima trošenja i erozije, pri čemu padavine, kisela zemaljska voda i podzemne vode rastvaraju minerale i mehanički razgrađuju stijene, posebno magmatske i metamorfne litologije koje su nestabilne u uslovima blizu površine. Rastvoreni ioni i čvrsti fragmenti se transportuju rijekama i drugim površinskim tokovima i na kraju talože u morskim i kontinentalnim bazenima, gdje se zatrpavanje i litifikacija pretvaraju u sedimentne stijene.
Osim toga, voda ima kritičan uticaj na metamorfne procese, posebno unutar novoformirane okeanske kore. Cirkulacija morske vode kroz pukotine u bazaltnim stijenama, često pojačana povišenim temperaturama, pokreće hidrotermalne reakcije alteracije poput serpentinizacije, doprinoseći progresivnoj transformaciji i slabljenju okeanske litosfere.
Nadalje, voda i druge isparljive komponente igraju odlučujuću ulogu u stvaranju magme iznad zona subdukcije. Fluidi oslobođeni iz subdukcijske ploče snižavaju temperaturu topljenja gornjeg klina plašta, potičući djelomično topljenje. U tom kontekstu, oslobađanje ugljičnog dioksida iz subdukiranog morskog krečnjaka povezuje ciklus stijena s ciklusom ugljika, naglašavajući njegovu ulogu kao dijela šireg biogeohemijskog ciklusa.
Izvan Zemlje: Kosmički ciklus stijena Ciklus stijena bio je temelj geološkog obrazovanja i istraživanja. Stoljećima su geolozi konceptualizirali ciklus stijena kao zatvoreni sistem transformacije ograničen na Zemlju. Ova perspektiva danas izgleda zastarjelo, težeći ka "geološkom geocentrizmu" koji ograničava razumijevanje kako se stijenovita materija razvija u svemiru. Proučavanje meteorita, istraživanje svemira i astronomska posmatranja otkrivaju da ciklus stijena nije isključivo zemaljski fenomen, već proces velikih razmjera koji povezuje geološku evoluciju planetarnih tijela sa međuzvjezdanom prašinom proizvedenom zvjezdanom smrću.