เมตาโซมาติซึม (จากภาษากรีก μετά metá "การเปลี่ยนแปลง" และ σῶμα sôma "ร่างกาย") คือการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของหินโดย ของเหลว ไฮโดรเทอร์มอลและของเหลวอื่นๆ^{[ 1 ]}ตามธรรมเนียมแล้วจะถูกนิยามว่าเป็นเมตาโมฟิซึมซึ่งเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมี ยกเว้นส่วนประกอบระเหยได้^{[ 2 ]}คือการแทนที่หินก้อนหนึ่งด้วยหินอีกก้อนหนึ่งที่มีองค์ประกอบทางแร่และทางเคมีที่แตกต่างกัน แร่ธาตุที่ประกอบเป็นหินจะละลายและมีการสะสมของแร่ธาตุ ใหม่ในตำแหน่งเดิม การละลายและการสะสมเกิดขึ้นพร้อมกันและหินยังคงเป็นของแข็ง

คำพ้องความหมายของคำว่าmetasomatismคือmetasomatosis ^{[ 3 ]} และกระบวนการ metasomaticคำว่าmetasomatoseสามารถใช้เป็นชื่อสำหรับ metasomatism ชนิดเฉพาะ (เช่นMg -metasomatoseและNa -metasomatose ) ^{[ 4 ]}

กระบวนการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีของหิน (Metasomatism) สามารถเกิดขึ้นได้จากการกระทำของของเหลวความร้อนใต้ดินจากแหล่งกำเนิด หินอัคนีหรือหินแปร

ใน สภาพแวดล้อม ของหินอัคนี กระบวนการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของหิน (metasomatism) ก่อให้เกิด หิน สการ์นหินเกรเซนและอาจส่งผลกระทบต่อหินฮอร์น เฟลส์ ในบริเวณที่ หินอัคนี แทรกตัว เข้ามากัดเซาะ ในสภาพแวดล้อมของหินแปร กระบวนการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของหินเกิดจากการถ่ายเทมวลจากบริเวณหินแปรที่มีความเค้นและอุณหภูมิสูงกว่าไปยังบริเวณที่มีความเค้นและอุณหภูมิต่ำกว่า โดยมีสารละลายไฮโดรเทอร์มอลจากหินแปรทำหน้าที่เป็นตัวทำละลายอาจมองภาพได้ว่า หินแปรในเปลือกโลกชั้น ลึก สูญเสียของเหลวและ ส่วนประกอบ ของแร่ธาตุ ที่ละลาย อยู่ เนื่องจากแร่ธาตุที่มีน้ำเป็นส่วนประกอบสลายตัว ของเหลวนี้จึงซึมขึ้นไปยังระดับตื้นของเปลือกโลกเพื่อเปลี่ยนแปลงทางเคมีและทำให้หินเหล่านี้แปรสภาพ

กลไกนี้บ่งชี้ว่า เมตาโซมาติซึมเป็นพฤติกรรมของระบบเปิด ซึ่งแตกต่างจากเมตาโมฟิซึม แบบดั้งเดิม ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงทางแร่ธาตุของหินในแหล่งกำเนิดโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของหินอย่างเห็นได้ชัด เนื่องจากโดยปกติแล้วเมตาโมฟิซึมต้องอาศัยน้ำเพื่ออำนวยความสะดวกในการเกิดปฏิกิริยาเมตาโมฟิซึม ดังนั้นเมตาโมฟิซึมจึงมักเกิดขึ้นพร้อมกับเมตาโซมาติซึมเสมอ

นอกจากนี้ เนื่องจากกระบวนการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของหิน (metasomatism) เป็นกระบวนการถ่ายโอนมวล จึงไม่จำกัดเฉพาะหินที่เปลี่ยนแปลงโดยการเติมธาตุเคมีแร่ธาตุ หรือสารประกอบ ไฮดรัส ในทุกกรณี การที่จะเกิดหินเปลี่ยนแปลงทางเคมีขึ้นได้นั้น จะต้องมีหินอื่นเปลี่ยนแปลงทางเคมีไปด้วยเช่นกัน แม้จะเป็นเพียง ปฏิกิริยา การสูญเสียน้ำโดยมีการเปลี่ยนแปลงทางเคมีน้อยที่สุดก็ตาม ตัวอย่างที่ดีที่สุดคือแหล่งแร่ทองคำ ซึ่งเป็นผลมาจากการรวมตัวของของเหลวที่มาจาก เปลือกโลกที่ขาดน้ำปริมาณหลายลูกบาศก์กิโลเมตร เข้าไปในเขตเฉือน และสายแร่ที่บางและมักมีการเปลี่ยนแปลงทางเคมีสูงบริเวณต้นกำเนิดมักจะไม่ได้รับผลกระทบทางเคมีมากนักเมื่อเทียบกับเขตเฉือนที่เปลี่ยนแปลงและมีน้ำมาก แต่ทั้งสองบริเวณจะต้องผ่านกระบวนการเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่เสริมกัน

กระบวนการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีใน เนื้อโลกมีความซับซ้อนมากขึ้นเนื่องจากองค์ประกอบของเพริโดไทต์ที่อุณหภูมิสูงสามารถเปลี่ยนแปลงได้จากการแทรกซึมของ สารละลาย คาร์บอเนตและซิลิเกตและจาก ของเหลวที่มี คาร์บอนไดออกไซด์และน้ำเป็นองค์ประกอบหลัก ดังที่ Luth (2003) ได้กล่าวไว้^{[ 5 ]}เชื่อกันว่ากระบวนการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีมีความสำคัญอย่างยิ่งในการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของเพริโดไทต์ในเนื้อโลกใต้แนวโค้งของหมู่เกาะเนื่องจากน้ำถูกขับออกจากชั้นหินแข็ง ของ มหาสมุทร ในระหว่างการมุดตัว กระบวนการเปลี่ยนแปลง องค์ประกอบทางเคมี ยังถือว่ามีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการเพิ่มความอุดมสมบูรณ์ของแหล่งกำเนิดของแมกมา บางชนิด ที่มีซิลิกาไม่เพียงพอสารละลายคาร์บอเนตมักถูกพิจารณาว่าเป็นสาเหตุของการเพิ่มความอุดมสมบูรณ์ของเพริโดไทต์ในเนื้อโลกด้วยธาตุที่ไม่เข้ากัน

เมตาโซมาติซึมอาจคล้ายกับกระบวนการเอนโดเจนิคอื่นๆ และแยกออกจากกันด้วยคุณลักษณะหลักสี่ประการ^{[ 6 ]}ประการแรกคือการแทนที่ไอออนต่อไอออนในแร่ธาตุซึ่งอาจเกิดขึ้นจากการตกตะกอนของแร่ธาตุใหม่พร้อมกับการละลายของแร่ธาตุที่มีอยู่^{[ 6 ]}คุณลักษณะที่สองที่ใช้ในการระบุเมตาโซมาติซึมคือการคงสภาพของหินในสถานะของแข็งระหว่างการแทนที่^{[ 6 ]}คุณลักษณะที่โดดเด่นประการที่สามคือเมตาโมฟิซึมแบบไอโซเคมี หรือการเพิ่มหรือลดธาตุหลักอื่นๆ นอกเหนือจากน้ำ (H ₂ O) และคาร์บอนไดออกไซด์ (CO ₂ ) ^{[ 6 ]}คุณลักษณะสุดท้ายคือโซนเมตาโซมาติซึมที่แตกต่างกัน โซนเหล่านี้เกิดขึ้นจากการเกิดหินอัคนีและการเปลี่ยนแปลงทางธรณีวิทยา และก่อให้เกิดรูปแบบลักษณะเฉพาะของคอลัมน์เมตาโซมาติก^{[ 6 ]}

หินที่ผ่านกระบวนการแปรสภาพทางเคมีนั้นมีความหลากหลายอย่างมาก บ่อยครั้งที่หินที่ผ่านกระบวนการแปรสภาพทางเคมีจะมีการเปลี่ยนแปลง อย่างทั่วถึงแต่เพียงเล็กน้อย จนหลักฐานเดียวของการเปลี่ยนแปลงคือการซีดจาง การเปลี่ยนแปลงสี หรือการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างผลึกของแร่ไมกา

ในกรณีเช่นนี้ การระบุลักษณะการเปลี่ยนแปลงมักต้องใช้การตรวจสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์ขององค์ประกอบแร่ในหิน เพื่อระบุลักษณะของแร่ การเจริญเติบโตของแร่เพิ่มเติม การเปลี่ยนแปลงในแร่ดั้งเดิม และอื่นๆ

ในบางกรณี สามารถพบหลักฐานทางธรณีเคมีของกระบวนการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของหินได้ โดยปกติจะอยู่ในรูปของธาตุที่เคลื่อนที่ได้และละลายได้ เช่นแบเรียม สตรอนเทียม รูบิเดียม แคลเซียมและธาตุหายากบางชนิดอย่างไรก็ตามเพื่อให้สามารถระบุลักษณะของการเปลี่ยนแปลงได้อย่างถูกต้อง จำเป็นต้องเปรียบเทียบตัวอย่างที่เปลี่ยนแปลงแล้วกับตัวอย่างที่ไม่เปลี่ยนแปลง

เมื่อกระบวนการนี้ดำเนินไปถึงขั้นสูงสุดแล้ว เมตาโซมาไทต์ทั่วไปอาจประกอบด้วย:

• การแทนที่หินทั้งก้อน ด้วยคลอไรต์หรือไมกาในเขตเฉือน ส่งผลให้หินมีองค์ประกอบแร่เดิมที่ตกผลึกใหม่และถูกแทนที่ด้วยแร่ไฮเดรต เช่น คลอไรต์มัสโคไวต์และเซอร์เพนไทน์อย่าง สมบูรณ์
• หินประเภท สการ์นและสการ์นอยด์ มักพบอยู่ใกล้กับหินแกรนิต ที่แทรกตัวอยู่ และอยู่ใกล้กับหินที่มีปฏิกิริยา เช่นหินปูน หินมาร์ลและหินเหล็กแถบ
• แหล่ง สะสม ของ เกรเซนภายใน ขอบ หินแกรนิตและโดม
• โรดิงไจต์เป็น หิน ชนิดทั่วไปในโอฟิโอไลต์โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ในหินไดค์มาฟิก ที่เกิดการแปรสภาพเป็นเซอร์เพนไทน์ ซึ่งประกอบด้วยแร่การ์เนตกรอสซูลาร์-แอนดราไดต์ แร่ไพรอกซีนแคลเซียม แร่เวสุเวียไนต์ แร่เอพิโดต์ และแร่สคาโพไลต์
• เฟไนต์ (Fenite ) เป็นรูปแบบหนึ่งของการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีที่เกี่ยวข้องกับการเกิดหินหนืดที่มีความเป็นด่างสูงหรือมีคาร์บอเนตสูง ซึ่งทำให้ เกิด แร่เฟลด์สปาร์ไพรอกซีนโซเดียม หรือแอมฟิโบล และมักจะมีแร่ธาตุที่แปลกประหลาด (เช่น เชฟคิไนต์ หรือโคลัมไบต์) ที่ประกอบด้วยธาตุที่ไม่เข้ากันตามปกติและไม่สามารถรวมเข้ากับโครงผลึกได้ง่ายเช่นไนโอเบียมเซอร์โคเนียม
• อัลบิไทต์ เกิดจากการแทนที่แพลจิโอเคลสด้วยอัลไบต์ ( อัลบิไทเซชัน ) ^{[ 7 ] [ 8 ]}

ผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบแร่ในเพริโดไทต์ชั้นแมนเทิลอาจเป็นแบบเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบแร่ (modal metasomatism) หรือแบบซ่อนเร้น (cryptic metasomatism) ในการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบแร่แบบซ่อนเร้น องค์ประกอบแร่จะเปลี่ยนแปลงไป หรือธาตุที่ถูกนำเข้ามาจะกระจุกตัวอยู่ตามขอบของผลึก ทำให้องค์ประกอบแร่ของเพริโดไทต์ดูเหมือนไม่เปลี่ยนแปลง ส่วนในการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบแร่แบบเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบแร่ จะเกิดแร่ใหม่ขึ้น

การเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบหิน แบบซ่อนเร้นอาจเกิดขึ้นจากการที่หินหลอมเหลวที่ผุดขึ้นหรือซึมผ่านเข้าไปทำปฏิกิริยากับหินเพริโดไทต์โดยรอบ ทำให้องค์ประกอบของทั้งหินหลอมเหลวและหินเพริโดไทต์เปลี่ยนแปลงไป ที่อุณหภูมิของเนื้อโลกสูงการแพร่กระจาย ในสถานะของแข็ง ก็สามารถมีประสิทธิภาพในการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของหินในระยะหลายสิบเซนติเมตรที่อยู่ติดกับท่อส่งหินหลอมเหลวได้เช่นกัน การไล่ระดับขององค์ประกอบแร่ธาตุที่อยู่ติดกับ แนว หินไพรอกซี ไนต์ อาจเก็บรักษาหลักฐานของกระบวนการนี้ไว้ได้

กระบวนการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีของ หินอาจส่งผลให้เกิดการก่อตัวของแอมฟิโบลและฟลอโกไพต์และการพบแร่ธาตุเหล่านี้ในหินเพริโดไทต์แปลกปลอม ถือเป็นหลักฐานที่ชัดเจนของ กระบวนการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีในเนื้อโลก การก่อตัวของแร่ธาตุที่พบได้น้อยในหินเพริโดไทต์ เช่นโดโลไมต์แคลไซต์อิลเมไนต์รูไทล์และอาร์มัลโคไลต์ก็เกิดจากกระบวนการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีของหินหลอมเหลวหรือของเหลวเช่นกัน

มีการกล่าวถึงแผนการหลักสองแบบสำหรับการแสดงออกของการเปลี่ยนแปลงทางเคมีในธรรมชาติในระบบหินแกรนิต^{[ 9 ]}การเปลี่ยนแปลงทางเคมีแบบแพร่กระจาย ซึ่งได้กล่าวถึงในส่วนประเภทของเมตาโซมาไทต์ และการเปลี่ยนแปลงทางเคมีแบบแทรกซึม การแทรกซึมเกิดขึ้นในรอยแตกหรือรอยแยกที่ส่งเสริมการไหลของของเหลวในบริเวณที่มีการซึมผ่านสูง^{[ 9 ]}การแพร่กระจายเกิดขึ้นเมื่อของเหลวถูกรวมเข้าไปในรูพรุนของหิน ซึ่งกำหนดโดยความพรุนหินที่เปลี่ยนแปลงโดยการเปลี่ยนแปลงทางเคมีแบบแทรกซึมจะเปลี่ยนแปลงน้อยกว่าหินที่เปลี่ยนแปลงโดยการแพร่กระจายเนื่องจากผลกระทบของการกระจายตัวระหว่างการไหลเวียนของของเหลว^{[ 10 ]}

วิธีการทั้งสองนี้มักใช้สำหรับการขนส่งจากภูมิภาคหนึ่งไปยังอีกภูมิภาคหนึ่ง ภูมิภาคที่ได้รับผลกระทบเหล่านี้อาจมีองค์ประกอบที่ขนส่งเพิ่มขึ้นหรือลดลงเมื่อเทียบกับสถานะก่อนการเปลี่ยนแปลง ทางเคมี ^{[ 11 ]}การผุพังทางเคมีส่งผลกระทบอย่างมากต่อระดับและปริมาณของของเหลวที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงทางเคมี และธาตุหลักทางธรณีเคมีและแร่ธาตุของตะกอนซิลิกาคลาสติก^{[ 12 ]}

การตรวจสอบหินที่เปลี่ยนแปลงไปในแหล่งแร่ไฮโดรเทอร์มอลได้เน้นให้เห็นถึงรูปแบบการเปลี่ยนแปลงที่ พบได้ทั่วไปหลายประเภท ซึ่งก่อให้เกิดกลุ่มผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงทางเคมี ลักษณะเนื้อสัมผัส และองค์ประกอบแร่ที่แตกต่างกัน

• การเปลี่ยนแปลงแบบโพรพิไลติกเกิดจาก ของเหลวความร้อนใต้ดินที่มีธาตุ เหล็กและกำมะถันเป็นองค์ประกอบ และโดยทั่วไปจะส่งผลให้เกิด การเปลี่ยนแปลง เป็นเอพิโดต์ -คลอไรต์ -ไพไรต์ซึ่งมักพบร่วมกับเฟสของฮีมาไทต์และแมกเนไทต์
• การเปลี่ยนแปลงของแร่แอลไบต์-เอพิโดต์เกิดจากของเหลวที่มีซิลิกา เป็นองค์ประกอบหลัก อุดมไปด้วย โซเดียมและแคลเซียมและโดยทั่วไปจะส่งผลให้เกิดแร่แอลไบต์ -ซิลิกา-เอพิโดต์ ที่อ่อนแอ
• การเปลี่ยนแปลงทางเคมีของโพแทสเซียมซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของ แหล่ง แร่ทองแดงแบบพอฟิรีและแหล่งแร่ทองคำแบบเส้นแร่ ส่งผลให้เกิด แร่ ไมกาที่มีโพแทสเซียมเช่นไบโอไทต์ในหินที่มีเหล็กสูง ไมกาชนิดมัสโคไวต์หรือเซริไซต์ในหินเฟลซิก และ การเปลี่ยนแปลงทางเคมี ของออร์โทเคลส (อะดูลาริอา) ซึ่งมักพบได้ทั่วไปและทำให้เกิดขอบเส้นแร่ที่เปลี่ยนแปลงทางเคมีสีชมพูอมส้มที่เห็นได้ชัด
• การเปลี่ยนแปลงของควอตซ์-เซริไซต์-ไพไรต์ซึ่งแร่ธาตุเหล่านี้สามารถสะสมได้ทั้งในรูปแบบเส้นแร่และแบบกระจายตัว โดยเฉพาะอย่างยิ่งเซริไซต์จะเข้ามาแทนที่แพลจิโอเคลสและไบโอไทต์ การเปลี่ยนแปลงนี้พบได้ทั่วไปใน แหล่ง แร่ทองแดงแบบพอฟิรีและแหล่งแร่โมลิบเดนัมแบบพอฟิรี
• การเปลี่ยนแปลงอาร์จิลลิกซึ่งมักพบในพื้นที่ห่างไกลของแหล่งแร่พอฟิรี เป็นกลุ่มแร่ที่มีอุณหภูมิต่ำซึ่งเปลี่ยนเฟลด์สปาร์และแร่ธาตุอื่นๆ บางชนิดให้กลายเป็นแร่ดินเหนียว เช่น คาโอลิไนต์และอิลไลต์ มันสามารถทับซ้อนกลุ่มแร่ที่มีการเปลี่ยนแปลงที่มีอุณหภูมิสูงกว่าในอดีตได้ ^{[ 13 ]}

ของเหลวไฮโดรเทอร์มอลประเภทที่หายากกว่าอาจรวมถึงของเหลวที่มีคาร์บอนสูง ซึ่งส่งผลให้เกิดปฏิกิริยาคาร์บอเนตขั้นสูงของหินต้นกำเนิดซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของแคลซิลิเกตและของเหลวซิลิกา-ฮีมาไทต์ซึ่งส่งผลให้เกิดการผลิตแจสเปอร์รอยด์ แหล่งแร่แมนโตและโซนซิลิกาฟิเคชัน ที่แพร่หลาย โดย ทั่วไปในชั้น หิน โดโลไมต์ แร่ธาตุที่ได้รับแรงกดดันและหินพื้นฐานของหินแกรนิตพูลตันถูกแทนที่ด้วยผลึกออร์โทเคลสและควอตซ์ในควอตซ์มอนโซไนต์ Papoose Flat ^{[ 14 ]}

• ไกรเซน  – หินแกรนิตหรือเพกมาไทต์ที่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างมาก
• ฮอร์นเฟลส์  – กลุ่มหินแปร
• การหมุนเวียนของน้ำด้วยความร้อนและน้ำ  – การหมุนเวียนของน้ำที่ขับเคลื่อนด้วยการแลกเปลี่ยนความร้อน
• กำเนิดแร่  – กระบวนการก่อตัวของแหล่งแร่ชนิดต่างๆ ภายในเปลือกโลก
• Pneumatolysis  – ศัพท์ทางธรณีวิทยาที่เลิกใช้แล้ว หมายถึง การที่แมกมาปล่อยก๊าซออกมา
• สการ์น  – หินแปรสภาพจากกระบวนการความร้อนใต้ดินที่มีเนื้อแข็งและเม็ดหยาบ