1. Co to są struktury sedymentacyjne?
Pod tą nazwą rozumiemy przestrzenne ułożenie składników osadu powstałe w czasie sedymentacji.
To zjawiska skali makroskopowej. Możemy je oglądać w odsłonięciach i odpowiednio dużych okazach.
Struktury są formami przestrzennymi, a ich górna granica wielkości nie zawsze jest łatwa do precyzyjnego określenia.
Struktury zależą od:
- składu mineralnego
- wielkości ziaren
- morfologii ziaren
- upakowania ziaren
- orientacji ziaren
- geometrii powierzchni granicznych ławic
- geometrii wewnatrzławicowych
- powierzchni warstwowania
Sedymentacja (łac. sedimentum = osad) – proces opadania zawiesiny ciała stałego w cieczy w wyniku działania siły grawitacji lub sił bezwładności
To bardzo ważny proces w geologii, ponieważ jest kluczowy przy tworzeniu się skał osadowych. Zalicza się do procesów egzotermicznych. Osady gromadzą się w wyniku osadzania materiału okruchowego, działalności organizmów lub wytrącania z wód.
2. Jak dzielimy struktury sedymentacyjne?
W sposób ogólny dzielimy je na 2 grupy:
pierwotne – powstałe w czasie tworzenia się osadu
wtórne – epi- i diagenetyczne
Istnieje też bardziej szczegółowa klasyfikacja ze względu na genetykę:
struktury depozycyjne
struktury biogeniczne
struktury erozyjne
struktury deformacyjne
3. Jakie są struktury depozycyjne?
Powstają podczas depozycji, czyli gromadzenia się osadu na dnie basenu sedymentacyjnego. Można je obserwować na prostopadłych do uławicenia przekrojach warstw.
Wymienić wśród struktur de pozycyjnych można następujące formy:
uławicenie, lineacja, laminacja, warstwowanie (nachylone, przekątne, skośne, tabularne, rynnowe, ripplemarki, smużyste, faliste, soczewkowe), formy dna (mechanoglify, bioglify, pogrązy), uziarnienie frakcjonalne i imbrykacja.
Uławicenie
Powstaje w wyniku wyraźnych zmian w procesie akumulacji lub przerw w depozycji. Jest cechą większości skał osadowych. Strukturę tą obserwuje się w odpowiednio dużych odsłonięciach. Głównymi powierzchniami oddzielności (powierzchniami granicznymi) są tzw. fugi międzyławicowe. Zdarza się, że powierzchnie erozyjne ławic zanikają, lub przechodzą w normalne powierzchnie międzyławicowe. Zjawisko bocznego łączenia się dwóch lub więcej ławic wskutek zanikania dzielącej je powierzchni granicznej określa się jako amalgamacja, a ławice takie nazywa się ławicami amalgamowanymi. Ławice mogą być wewnętrznie jednorodne. Nazywamy je wtedy ławicami prostymi lub homogenicznymi. Czasami struktura wewnętrzna ławic może być bardziej urozmaicona. W ich obrębie mogą występować różne jednostki niższego rzędu (zestawy, człony). Mówimy wtedy o ławicach złożonych.
Ławica – grubsza warstwa o miąższości rzędu decymetrów lub metrów
Laminacja
Polega na powtarzaniu się lamin, ułożonych prawie równolegle do siebie oraz do spągowej powierzchni ławicy, w której występują. Dobrym przykładem osadu laminowanego są iły warwowe. Wyróżnia się 2 podstawowe typy laminacji:
laminacja pozioma – laminy zorientowane są równolegle względem powierzchni granicznych jednostek wyższego rzędu,
laminacja przekątna – laminy ułożone są skośnie względem tych powierzchni.
Poza tym wyróżnić można płaską laminację równoległą, gdy powierzchnie graniczne lamin są płaskie i laminację falistą, gdy są one faliste.
Lamina –cienka warstewka o miąższości rzędu milimetrów, czasem centymetrów
Warstwowanie przekątne
Składają się z warstw sedymentacyjnie nachylonych w stosunku do pierwotnie poziomej powierzchni de pozycyjnej. Większość tych struktur powstaje na skutek sukcesywnego przyrastania lamin na zaprądowych stokach nierówności dna. Ze względu na wielkość zestawów przekątnych w sedymentologii wyróżnia się 2 grupy warstwowań:
warstwowania przekątne małej skali – miąższość 4-6cm,
warstwowania przekątne dużej skali – miąższość w przedziale od decymetrów do metrów.
W zależności od orientacji powierzchni granicznych zestawów względem siebie wyróżnia się kilka podstawowych typów warstwowania przekątnego. Jeżeli powierzchnie graniczne są względem siebie równoległe to taki typ warstwowania określa się jako przekątne tabularne. W przypadku, gdy powierzchnie graniczne są względem siebie zbieżne to warstwowanie jest przekątne klinowe. Jeżeli natomiast powierzchnie graniczne zestawów mają w przekroju charakterystyczny, łukowaty zarys to mówimy o warstwowaniach rynnowych. W przypadku osadów, w skład których wchodzą cienkie zestawy lamin przekątnych zbudowane z piasku oraz kontrastujące z nimi wkładki mułu, wydzielamy następujące 3 typy warstwowania:
smużyste – gdzie dominują partie o ziarnie grubszym (piaskowcowe), a miejscami tylko zestawy oddzielone są od siebie bardzo cienkimi wkładkami mułków
faliste – w którym wkładki mułowe odgrywają większą rolę, a sporo z nich ma postać falistych warstw o dość znacznym zasięgu
soczewkowe – tu przeważają partie mułowe; laminowane przekątnie zestawy występują w postaci soczewek
Rys. 1 Warstwowanie przekątne dużej skali
Warstwa – zindywidualizowane nagromadzenie osadu, mniej lub bardziej wyraźnie ograniczone od dołu i od góry w sposób dostrzegalny makroskopowo; wymiary poziome warstwy są wielokrotnie większe od jej miąższości
Uziarnienie frakcjonalne
Przejawia się kierunkowymi zmianami przeciętnej lub maksymalnej wielkości ziarn w profilu warstwy. Powstaje w wyniku depozycji materiału z prądu zawiesinowego albo depozycji materiału w warunkach normalnego prądu o zmiennej prędkości. Możemy wyróżnić:
normalne – gdy wielkość ziarn maleje od spągu ku stropowi
odwrócone – gdy wielkość ziarn maleje od stropu ku spągowi
pensymetryczne lub symetryczne – w zależności od usytuowania w profilu warstwy ziarn najgrubszych
wielokrotne – gdy zmiany frakcji powtarzają się
Ripplemarki
Są to grzbieciki zbudowane z piasku. Powstają w wyniku przemieszczenia materiału ziarnowego przez prądy wody lub powietrza oraz jako rezultat oddziaływania falowania na dno. Rozróżniamy wiele rodzajów ripplemarków: adhezyjne, asymetryczne, duże, eoliczne, falowe, interferencyjne, językowe, małe, poprzeczne, powrotne, półksiężycowe, prądowe, symetryczne, wstępujące itp.
4. Czym są struktury biogeniczne?
Tworzą się w efekcie działalności życiowej organizmów w osadzie. Są to głównie różnego typu skamieniałości śladów, a także struktury bioturbacyjne i wzrostowe (rafy, stromatolity, onkolity).
Ślady i hieroglify organiczne
Ślady działalności organizmów żyjących na powierzchni dna zbiornika lub w obrębie luźnego osadu mogą być zachowane jako ślady na górnych powierzchniach ławic, ale najczęściej zachowują się w formie hieroglifów (odlewów śladów) na powierzchniach spągowych.
Między skamieniałościami śladowymi a skamieniałościami będącymi resztkami samych organizmów istnieją zasadnicze różnice:
kopalne ślady działalności życiowej organizmów są lepiej poznane niż ślady organizmów współczesnych,
identyfikacja kopalnego śladu z określonym gatunkiem zwierzęcia jest niemożliwa za względu na uzależnienie kształtu śladów od sposobu życia zwierzęcia,
występowanie skamieniałości śladowych uzależnione jest od warunków ekologicznych i sposobu sedymentacji,
skamieniałości śladowe są formami sensu stricte autochtonicznymi (pozostały w miejscu powstania).
Ze względu na czas powstania ślady dzielą się na:
postdepozycyjne, czyli powstałe po utworzeniu się ławicy,
predepozycyjne – wcześniejsze niż ławica.
Bioturbacja – zaburzenie pierwotnej struktury osadu, wywołane działalnością organizmów piasko-, muło- i iłożernych na dnie zbiornika wodnego poprzez pełzanie, żerowanie i rozkopywanie
Rys. 2 Arthrophycus strictus
Wydrążenia skałotoczy
Pozostawiane w osadach miękkich są uzależnione od budowy anatomicznej organizmu, a ponadto zawierają szczątki drążących je organizmów. Skałotoczami określa się organizmy zwierzęce i roślinne, posiadające zdolność chemicznego lub mechanicznego drążenia litych skał (najczęściej wapiennych). Skałotocza drążą różnej wielkości i kształtu zagłębienia, tunele, kanały chroniąc się przed zniszczeniem oraz w poszukiwaniu pożywienia.
Zespół wydrążeń pozostawionych przez skałotocze w określonym miejscu dostarcza wielu cennych i różnorodnych informacji dotyczących m.in.:
głębokości środowiska,
ruchliwości wód,
sposobu życia gospodarza w przypadku skałotoczy osiedlających się w żywych organizmach,
warunków, w jakich nastąpiła zagłada biocenozy skałotoczowej,
charakteru podłoża w okresie zasiedlania przez skałotocza.
Litofocenoza –zespół wydrążeń pozostawionych w określonym miejscu przez skałotocze
5. Jak powstają struktury erozyjne?
Są one efektem erozyjnego oddziaływania, np. strumienia wody na osad. Należy pamiętać jednak, że erodowany może być osad świeżo zdeponowany, jak również struktury tej grupy mogą powstawać w utworach zdiagenezowanych. Zaliczając struktury erozyjne do grupy struktur pierwotnych będziemy rozpatrywali głównie działalność erozyjną w świeżym, luźnym osadzie. Struktury erozyjne zachowują się zwykle na dolnych powierzchniach ławic w postaci hieroglifów, które są odlewami dużo rzadziej zachowanych śladów.
Do struktur erozyjnych należą:
kanały i rozmycia erozyjne, ślady (hieroglify, ślady prądowe – jamki wirowe, poprzeczne ślady rozrywań, ślady opływania, grzbiety i bruzdy prądowe, rynienki ściekowe), ślady wleczenia przedmiotów (zadziory, poślizgi, zagłębienia ze zmarszczką czołową), toczenie i podskoki, krople deszczu).
Kanały erozyjne
Mogą powstać wszędzie tam, gdzie istnieje skoncentrowany przepływ wody. Mają one formę podłużnych zagłębień, których głębokość i szerokość są zawsze wielokrotnie mniejsze od długości. Głębokość kanałów erozyjnych jest rzędu decymetrów lub centymetrów, a w szczególnych przypadkach nawet dziesiątek metrów. Formy te są stosunkowo nietrwałe i w stanie kopalnym mogą zostać zachowane jedynie w przypadku szybkiego zasypania ich przez osad. Cechą charakterystyczną takich osadów jest kontakt erozyjny z otaczającymi utworami.
Rozmycia erozyjne
Są to płytkie i rozległe zagłębienia, których szerokość jest wielokrotnie większa od głębokości i które nie mają wyraźnie zdefiniowanej dłuższej osi, tak jak to jest w przypadku kanałów. Obserwowane w przekrojach poprzecznych są trudne do odróżnienia od kanałów erozyjnych. Występujące śródławicowe rozmycia są wynikiem lokalnej i krótkotrwałej erozji, bezpośrednio po której następowało zapełnienie ich osadem. Mają najczęściej niewielkie rozmiary.
Ślady przedmiotów
Przedmioty niesione prądem i uderzające o ilaste dno pozostawiają na nim ślady, których odciski na spągu piaskowców określamy śladami przedmiotów. We fliszu przedmioty takie pochodzą z brzegów i skłonów zbiorników fliszowych lub z ich dna. W ostatnim przypadku są to najczęściej leżące na dnie lub wypłukane z miękkiego iłu dennego twarde fragmenty wolnopływających organizmów (np. kości ryb) lub napławione drewno. Przy postępującej erozji kawałki bardziej utwardzonego osadu spełniają rolę narzędzi żłobiących dno.
Pod względem sposobu powstania wyróżniamy:
ślady wleczenia – ślady pozostawione na dnie przez wleczenie prądem przedmiotów. Są najczęściej przedstawiane jako prostolinijne, wąskie i niezbyt głębokie bruzdy ograniczone równoległymi krawędziami przebiegającymi zgodnie z kierunkiem prądu.
ślady przeskoków – składają się z wyraźnie oddzielonych od siebie zagłębień. Ich forma zależy od kształtu i sposobu ułożenia narzędzia przy każdorazowym uderzeniu o dno.
ślady toczenia – to forma pośrednia między dwoma poprzednimi.
ślady uderzeń – powstają przy krótkotrwałym i przypadkowym zetknięciu unoszonych w prądzie przedmiotów z podłożem. Kształt śladu zależy od rodzaju narzędzia, jego ułożenia podczas transportu, kąta uderzenia oraz charakteru podłoża. Wśród śladów uderzeń w zależności od kąta uderzenia mamy: zadziory uderzeniowe oraz ślady poślizgów.
ślady kropel deszczu – półkuliste zagłębienia okolone nieco wzniesioną nad otoczeniem krawędzią o nierównych brzegach powstałe w wyniku uderzeń kropel deszczu lub gradu o powierzchnię plastycznego osadu.
Hieroglify narzędziowe – odlewy śladów przedmiotów
Ślady prądów
Są to struktury bardzo nietrwałe, ulegające niszczeniu na skutek erozji lub spełzywania luźnego osadu pokrywającego dno. Ich geneza wiąże się głównie z erozyjną działalnością samego prądu. Najbardziej dogodne warunki do powstania śladów prądowych stwarzają osady ilaste i mułowcowi odznaczające się wysokim stopniem spoistości, który umożliwia tworzenie się na ich powierzchni ostro zarysowanych zagłębień. Odlewy śladów prądowych na dolnych, a także górnych powierzchniach ławic noszą nazwę hieroglifów, wśród których wyróżnić możemy 2 grupy:
hieroglify mechaniczne (odlewy śladów prądowych),
hieroglify deformacyjne (powstałe na skutek zniekształcenia dolnych powierzchni ławic).
Postacie, pod którymi występować mogą ślady prądu:
jamki wirowe – U czoła szerszych nierówności dna lub leżących na nim szerszych przedmiotów powstają półkoliste bruzdy erozyjne, których odlewy na spągu wskazują na kierunek prądu. Chwilowa obecność wydłużonych płaskich przedmiotów uderzających o dno ostrymi końcami, powoduje powstanie jamek wirowych po doprądowej stronie zadziorów. Po odprądowej stronie, linie prądowe rozwidlają się łagodnie i zbiegają ponownie po przeciwnej stronie. Tam dają początek zawirowaniom, które powodują erozją dna. Sprzyja temu wzrost gęstości płynącej i opadającej zawiesiny. W miarę dalszego wzrostu gęstości, ślad zadzioru ulega stopniowo zatarciu i pozostaje czysta forma erozyjna jamek wirowych.
ślady opływania – to struktury powstające w wyniku wzmożonej erozji spowodowanej zaburzeniami w układzie linii prądowych w bezpośrednim sąsiedztwie przedmiotów znajdujących się na dnie. Przed przeszkodą znajdującą się na drodze prądu powstają spiralne wiry, które opływają przeszkodę z obu stron i rozciągają się na pewną odległość w dół prądu, powodując wzmożoną erozję wokół i poza przeszkodą.
grzbiety i bruzdy prądowe – są wynikiem działania układu prądów wtórnych. Są one równoległe do prądu i zachowują się jako odlewy na dolnych przykrywających ławic. Ich kształt zależy od prędkości prądu, konfiguracji dna i przebiegu spiral w prądzie.
Struktury pierzaste
Struktury te powstają w laminowanym ile, w którym grzęznące strugi zawiesiny płynąc po odpornych warstewkach wypuszczają liściaste odgałęzienia tworząc wachlarzowe struktury. Są one zwrócone wypukłościami w kierunku spływu. Ten kierunek jest na ogół zgodny z nurtem prądu. Jeśli płynąca zawiesina znajdzie się poza zasięgiem głównego nurtu, to może rozlewać się promienisto, a nawet wdzierać się w ił w kierunku przeciwnym do prądu. Hieroglify pierzaste, których nie należy mylić z pierzastym przełamem na ciosach, pojawiają się również na spągu źródłowych ławic żył piaskowcowych.
Rys. 3 Płaskie hieroglify pierzaste
6. Co to takiego „struktury deformacyjne”?
Są zaburzeniami pierwotnego kształtu, układu lub budowy wewnętrznej warstw, powstałymi w wyniku procesów zachodzących w osadzie przed jego ostateczną konsolidacją (lityfikacją). Bezpośrednimi przyczynami powstawania tych struktur są:
grawitacyjne ruchy masowe,
niestateczne warstwowanie gęstościowe,
spontaniczne upłynnienie osadu,
deformacyjne działanie prądów,
działalność organizmów żyjących w osadzie.
Najbardziej charakterystycznymi przykładami tego rodzaju struktur są: uławicenie zaburzone (osuwiska), fałdy sedymentacyjne, fałdy deformacyjne, toczeńce piaszczyste, pogrązy, warstwowanie konwolutne, struktury iniekcyjne (żyły kalcytowe, wulkany błotne, bąble gazowe) i inne.
Uławicenie zaburzone
Może być efektem grawitacyjnego przemieszczania osadu (podmorskich ruchów masowych) lub deformacyjnego działania prądów. Cechą charakterystyczną uławicenia zaburzonego jest pofałdowanie, zmięcie i/lub porozrywanie warstw osadu. Oderwane fragmenty są często spiralnie zwinięte. Jedne ławice wykazują nabrzmienia, a inne cienieją aż do zupełnego wyklinowania. Takie struktury wskazują na plastyczne własności osadu w czasie odkształceń. Obok tych struktur mogą występować bloki i okruchy, które świadczą, że zaburzeniami zostały objęte partie osadu, który osiągnął już znaczny stopień spoistości. Na podstawie intensywności zaburzenia uławicenia wyróżnia się:
uławicenie zaburzone rozdrobnione – większość osadu została rozproszona, tworząc bezstrukturalną masę, w której tkwią chaotycznie rozmieszczone, różnej wielkości i kształtu fragmenty bardziej spoistych ławic. Pospolicie występują struktury określane mianem fałdów i płatów deformacyjnych. Mniej lub bardziej zwinięte fragmenty ławic piaskowcowych określa się jako tzw. toczeńce piaszczyste.
uławicenie zaburzone nie rozdrobnione – główną część osadu stanowią pofałdowane ławice, częściowo ich fragmenty.
Pogrązy
Powstają w wyniku grzęźnięcia osadu w nieskonsolidowanym podłożu skalnym. Z reguły mają formę wybrzuszenia w spągowej (dolnej) powierzchni ławicy skalnej. Pogrązy powstają w sytuacji, gdy osad warstwy wyżejległej ma większą gęstość niż osad warstwy podścielającej. Czasami pogrązy są całkowicie oderwane od skały macierzystej i tworzą kroplokształtne formy w ławicy podścielającej, od której różnią się charakterem materiału skalnego. Przeciętna wielkość (wysokość) pogrązów wynosi kilka milimetrów do kilkunastu centymetrów.
Rys. 4 Pogrązy o wielobocznych częściowo romboidalnych zarysach
Warstwowanie konwulentne
Tworzy się prawdopodobnie w wyniku układu ciśnień, jaki powstaje przy przepływie prądu ponad dnem pokrytym ripplemarkami lub innymi nierównościami, bo nad grzbietami ciśnienie jest mniejsze niż nad depresjami. Polega na wewnątrzławicowym zaburzeniu układu lamin, obejmującym część lub całą miąższość ławicy. Zaburzenia w postaci mikrofałdów nie powodują jednakże ani deformacji powierzchni ławicy, ani zmian jej miąższości. Konwolucje rozwijają się stopniowo od spągu, osiągają maksimum w centrum ławicy, po czym ponownie stopniowo wygasają w kierunku stropu. Charakter i intensywność zafałdowań mogą być różnorodne – od łagodnych i regularnych undulacji lamin do zespołów fałdów diapirowych, leżących i wachlarzowych. Warstwowanie konwolutne występuje zwykle w utworach mułowcowych lub bardzo drobnoziarnistych piaskowcach. Charakter deformacji wskazuje, że rozwijały się one w osadzie znajdującym się na granicy płynności lub całkowicie upłynnionym.
Struktury ucieczkowe
Powstają w nieskonsolidowanym osadzie, w wyniku wyciskania wody porowej pod wpływem ciśnienia związanego z ciężarem nadkładu. Istnieją:
formy wewnętrzne (wewnątrzławicowe, obserwowane głównie na przekrojach ławic),
formy powierzchniowe (obserwowane na powierzchniach stropowych ławic).
Najpopularniejsze formy to:
struktury miseczkowe – utworzone przez cienkie, ciemno zabarwione, nieciągłe ilaste i/lub pyłowe laminy, przypominające kształtem miseczki, bo są wygięte ku dołowi. Powstają, kiedy woda spotyka na swojej drodze strefę o zmniejszonej przepuszczalności. Woda zmuszona jest do płynięcia na pewnym odcinku poziomo, tworząc przy okazji laminę wzbogaconą w cząstki ilaste i/lub pylaste.
kanały ucieczkowe – pionowe, owalne kolumny wypełnione homogenicznym (jednorodnym materiałem pozbawionym laminacji), piaszczystym osadem. Przecinają pierwotną laminację. Ich obecność świadczy o gwałtownym, skoncentrowanym przepływie wód porowych, powodujących lokalne upłynnienie materiału ławicy.
Dajki klastyczne
Mają przebieg niezgodny z uławiceniem skał otoczenia. Powstają na skutek wciskania upłynnionego osadu (najczęściej psamitowego) w warstwy otaczające, co jest zwykle powodowane przez ciśnienie nadkładu.
Bibliografia
materiały do ćwiczeń z geologii ogólnej
„Geologia dynamiczna” W. Mizerski
„Geologia dynamiczna” M. Książkiewicz
http://www.ing.uj.edu.pl/atlas?q=node/463
http://brasil.cel.agh.edu.pl/~10skmolfa/page/strukt_sedym
http://www.ing.uni.wroc.pl/~lkur/ets/ets14.htm
http://home.agh.edu.pl/~mhuber/osad1_pliki/frame.htm
http://pl.wikipedia.org/