Piaski/piaskowce kwarcowe - dominujący jest kwarc
Arkozy - skały średniookruchowe zasobne w skalenie (nie muszą dominować)
Szarogłazy - te, które mają dużo fragmentów litycznych (fragmentów skał), in. szarawaki
Oprócz składników wyróżnianych w szkielecie mówimy o spoiwie (lepiszczu, cemencie). Ten element ma istotną rolę w tworzeniu budowy skały okruchowej. Często jest dużo możliwości tworzenia się cementu w osadach. Mogą to być spoiwa żelazisto ilaste, węglanowe, siarczanowe, krzemionkowe (skała ma bardzo zwarty i twardy charakter, tworzą się niemalże kwarcyty), kombinacje tych typów.
Skały drobnookruchowe
składają się ze składników okruchowych poniżej 0,063 mm. Od skał średniookruchowych różnią się przede wszystkim tym, że w budowie tych skał duży udział mają zazwyczaj składniki ilaste, jako składniki pierwotne, nie będące składnikami pochodzącym z okresu diagenezy. Granica między skałami drobnookruchowymi a ilastymi to 50% udziału składników ilastych w budowie skały drobnookruchowej. Przyroda nie zawsze daje możliwości takiego rozdziału. Jeśli określimy, że składniki okruchowe stanowią przewagę nad składnikami ilastymi, wówczas ich reprezentantami będą utwory, które nazywamy pyłami lub pyłowcami. Jeśli pył to skała luźna, pyłowiec będzie osadem scementowanym (zdiagenezowanym). Jeśli tych składników ilastych jest 20-40% wówczas mówimy o utworach nazywanych mułami i mułowcami. Różnica między pyłem i mułem polega na zawartości składników ilastych. Jeśli jest powyżej 30% składników ilastych, skała ma nazwę mułowca, poniżej - pyłowca.
Jeśli możliwości nam na to pozwalają, jeśli wielkości ziaren tworzących muły i pyły są tak wystarczająco duże, żeby mogliśmy rozpoznać je pod mikroskopem, możemy stosować tę samą klasyfikację, jak w skałach średniookruchowych - wyodrębniać odmiany kwarcowe, arkozowe i lityczne. Możliwe to wówczas, gdy średnice ziarn zbliżają się do 0,063 mm. Jeśli mnie - musimy oprzeć się na metodach sitowych. Skały drobnookruchowe w dużym stopniu nawiązują do skał średniookrchowych, ale skał drobnookruchowych, połączonych z ilastymi, jest przewaga. Osady te wypełniają te środowiska, gdzie jest niska energia. 2/3 globu ziemskiego pokrywają środowiska wodne, które na ogól reprezentują niskie środowiska energetyczne. Piaski, aby je przetransportować, wymagają dużej energii.
Szczególnym przypadkiem skały drobnookruchowej jest less. W naszej strefie klimatycznej to skała dość często występująca. Lessy są osadami, które zbudowane są głównie z ziaren kwarcu i skaleni o wielkości poniżej 0,063 mm. Obok kwarcu i skaleni, które łącznie stanowią 60-70% poważny udział w lessach mają węglany, a na trzecim miejscu minerały ilaste. Lessy są bardzo ciekawymi utworami charakterystycznymi dla stref klimatu umiarkowanego, bowiem powstają dzięki działalności wiatru. Są zatem utworami o genezie eolicznej. Ich nagromadzenia odznaczają się szczególnymi cechami. Często tworzą kilkudziesięciometrowe zespoły (miąższość), które nie wykazują warstwowania, a dzięki specyficznej budowie potrafi,ą tworzyć formy o bardzo wysokich skarpach, niespełzające, a to dzięki siłom kohezji (którą nadaje woda porowa). W Polsce - Wyżyna Lubelska, na świecie - lessy w Chinach. Geneza pozwala wyróżnić 4 etapy tworzenia się:
działalność lądolodu, który transportuje i równocześnie rozkrusza większe fragmenty skał i minerałów na drobny pył
utworzenie się moreny czołowej lub dennej (utwór typowo glacjalny)
wywiewanie przez wiatry,m które mają duża energię i wieją przez długim czas w tych samych kierunkach - od lądolodu w kierunku lądu i tworzenie się dużych, pojemnych chmur osadów i przetransportowywanie ich w postaci tych chmur często na odległość kilku tys. km
depozycja chmur (gdy wiatr traci energię) i wypadanie z tych chmur fragmentów ziarn, najlepiej w zbiornikach wodnych śródlądowych, gdzie nie ma dużej energii, która by pozwalała na dalszy transport wodny, albo w klimacie silnie wilgotnym - depozycja długotrwała. Materiału, który się gromadzi w zagłębieniach jeziornych, obniżeniach terenu, a woda powoduje i wyzwala siły kohezji
Dużą część składu stanowią węglany. Ma to związek z tym, ze utwory glacjalne są zasobne w węglany i te węglany potrafią, w wyniku procesu diagenezy, najpierw się rozpuszczać w środowisku wodnym, a potem się koncertować, tworzą konkrecje zwane lalkami węglanowymi czy lessowymi.
Badacze lessów wskazują na to, że ważne dla określenia pochodzenia lessów, są minerały ciężkie (których ciężar właściwy jest większy od 3 g/cm). Minerały ciężkie to niekiedy 0,2-0,5% ogólnej liczby minerałów, ale stanowią asocjację dające możliwość wskazania, z którego obszaru pochodzi materiał, tworzący dzisiaj lessy (badanie minerałów ciężkich - w Polsce utwory czwartorzędowe - powstałe w czasie zlodowacenia; zlodowacenia doprowadziły o tego, że na teren wyrównany po utworach trzeciorzędowych, które miały dużo wpływów morskich, nagle pojawiły się utwory inne, materiał z północy - dzisiejszego Bałtyku i Skandynawii).
Skały piroklastyczne
To skały o pośredniej genezie, z jednej strony materiał tworzący te skały pochodzi ze zjawisk magmowych, ale gromadzi się w procesach depozycji. Wśród produktów działalności wulkanicznej są również luźne produkty. W działalności mamy lawę, gazy, wody, ale także elementy luźne - okruchy. Zespół tych produktów przyjęto dzielić na 3 grupy, biorąc pod uwagę wielkość:
bloki, bomby wulkaniczne - największe, których rozmiary przekraczają 64 mm
lapille - między 2 a 64 mm; fragmenty lawy wyrzucone wysoko w powietrze, w czasie ruchu opadającego uzyskują wrzecionowatą postać
popiół - poniżej 2 mm
Z drugiego punktu widzenia skały te dzielimy ze względu na cechy litologiczne, petrograficzne tych składników:
litoklasty - fragmenty skał
witroklasty - fragmenty szkliwa wulkanicznego
krystałoklasty - fragmenty pojedynczych kryształów
utwory składające się z bloków będą określane jako brekcje wulkaniczne. Mogą to być brekcje złożone z lito-, witro- i krystaloklastów (trudno to sobie wyobrazić).
Skały utworzone z lapilli - lapillity.
Skały składające się z popiołów (z lito-, witro-, krystaloklastów) nazywamy tufem.
W pobliżu wulkanów gromadzą się duże bloki, nieco dalej tworzą się lapillity, a w odległości kilkuset, tysięcy km gromadzą się popioły wulkaniczne, dając tuf. W czasach historycznych chmury popiołu obiegały 2-3x kulę ziemską, zanim opadły. Popiół jest wkomponowany w normalna sedymentacje w każdym środowisku. Tworzą się zatem osady mieszane, gdzie mamy składnik wulkaniczny i epigeniczny (pochodzący z ziemi), mówimy wówczas o wulkanoklastach i epiklastach. Zaproponowano krótki podział:
|
Piroklasty |
Epiklasty |
Tuf |
> 90% |
< 10% |
Tufit |
90-60% |
10-50% |
Osad tufonośny |
<50% |
>50% |
Tufy w środowisku kwaśnym, gdzie tworzy się węgiel brunatny, przeobrażają się w jasny minerał ilasty - kaolinit. Skałę taką można nazwać tomstainem (niem. skała ilasta). Utwory piroklastyczne można uznać za utwory wydarzenia jednego czasu, które pomagają korelować utwory węglowe (badania w Bełchatowie).
Skały grubookruchowe - gruzy i brekcje, żwiry i zlepieńce (żwir ma znamiona obtoczenia).
Skały średniookruchowe - piaski i piaskowce: waki, arenity, odmiany kwarcowe, arkozowe i lityczne (szarogłazowe)
Skały drobnookruchowe - pyły i pyłowce (gdy niewielka zawartość minerałów ilastych), muły i mułowce.
Skały piroklastyczne - brekcje wulkaniczne, lapillity, tufy, tufity, osad tufonośny.
Diageneza
Diageneza to te wszystkie przeobrażenia, które zachodzą w osadzie w czasie między jego depozycją a metamorfozą.
Wyłączamy z tych rozważań wietrzenie. W pewnym uproszczeniu można mówić, ze diageneza to coś, co jest budowaniem czegoś, proces związany z agradacją, wznoszeniem na wyższy poziom, a wietrzenie jest degradacją, procesem odwrotnym. W diagenezie nie ma miejsca na wietrzenie.
Co znaczy „między depozycją a metamorfozą”?
Depozycja kończy się wówczas, gdy ziarno, okruch, składnik skały okruchowej zostanie zdeponowany, znajdzie swoje miejsce w środowisku, jest osadzony. Dotyczy to pojedynczego ziarna, to samo można powiedzieć o zespole ziarn, warstwie, laminie itd. łatwo ten punkt zdiagnozować.
Jak rozpoznać początek metamorfozy? Są pewne minerały, które można nazwać zwiastunami metamorfozy, które pojawiają się wówczas, gdy zaczynają się przeobrażenia związane z metamorfozą - grafit powstający z antracytu, laumontyt (jeden z minerałów ilastych, jest częsty, gdy mamy do czynienia z metamorfozą osadów ze składnikami piroklastycznymi).
O zmianach metamorficznych mówimy wtedy, kiedy:
zaznaczy się utrata składu typowego dla skał okruchowych, a w tym zanik koloidu. Koloidy są w skałach okruchowych bardzo rozpowszechnione (mogą być materiałem, z których tworzy się spoiwo)
skały tracą cechy detrytyczne - kształt ziarna, jest on zmieniony w wyniku przeobrażeń metamorficznych.
następuje masowa rekrystalizacja składników
dochodzi do wyraźnego zmniejszenia objętości w czasie diagenezy, w metamorfozie nie ma już tak drastycznej zmiany objętości.
Początek metamorfozy to T ~ 220oC. Aby osiągnąć takie ciśnienie hydrostatyczne, które gwarantuje zmniejszenie objętości porowej i taką temperaturę, jest to osiągalne na gł. 6 000 - 8 000 m. (w naszych warunkach geotermalnych, 1o/30m).
Okres diagenezy może trwać wiele mln lat. Znane są utwory kambryjskie, np. w zagłębiu moskiewskim, gdzie mamy kambryjskie węgle brunatne, daleko im do węgli kamiennych a jeszcze dalej do grafitów - minęły mln lat, a środowisko nie osiągnęło procesów metamorficznych. Z drugiej strony może dojść do zjawisk metamorficznych utworów nawet trzeciorzędowych, bardzo młodych, które w wyniku zjawisk tektonicznych poddane zostały wysokiemu ciśnieniu i ono spowodowało zmiany metamorficzne. Ten długi czas dzielimy na krótsze okresy:
okres wczesnej diagenezy
okres późnej diagenezy
Trudno postawić granicę między nimi. To najprostszy podział obszaru diagenezy.
Inny podział zaproponował Müller (1967). Wyodrębnił on 3 stadia diagenezy:
bez przykrycia osadami
przy przykryciu w miarę cienką warstwą osadów młodszych (kilkaset m)
przy przykryciu grubą warstwą osadów młodszych (2-3 km)
Nieco szczegółowiej wyodrębnił to Depples (1967):
stadium redoksomorficzne, w którym zachodzą procesy utleniania i redukcji
stadium wyższe (pośrednie), w którym dominują procesy zastępowania minerałów niestabilnych przez stabilne (niestabilny minerał - opal chalcedon, stabilny - kwarc; niestabilny aragonit, magnezowy kalcyt, protodolomit, stabilny - kalcyt, dolomit)
stadium fyllomorficzne, w którym pojawiają się autogeniczne (powstające na miejscu) minerały takie, jakich dotąd nie było (np. miki, skalenie). To zaawansowane stadium diagenezy.
Często mówi się, ze mamy do czynienia z lityfikacją osadów. To pojęcie, które obejmuje część przeobrażeń diagenetycznych. Pod pojęciem lityfikacji należy rozumieć przejście luźnego osadu w skałę zwięzła, zwartą. Takie coś jest najczęściej wynikiem pojawienia się cementu, spoiwa. Lityfikacja to tylko część przeobrażeń diagenetycznych. Proces ten nie wymaga zmian mineralogicznych.
W czasie diagenezy zachodzą zmiany w osadzie. Można je jakoś zdefiniować. Są dwa typy tych zmian. Odróżniamy zmiany, które mają cechy:
geometryczne i
mineralogiczno - chemiczne
Zmiany geometryczne polegają na uzyskiwaniu lepszego, wyższego stopnia upakowania składników osadów. Ziarna, składniki osadu zbliżają się do siebie, ze struktury silnie porowatej przechodzą w upakowaną. Zmniejsza się objętość tego osadu. Osad ilasty przechodzi w osad, gdzie większość składników jest mniej lub bardziej ułożona zgodnie z kierunkami nacisku. Gdy mamy do czynienia z ziarnami kwarcu, kiedy dochodzi do takiego ułożenia dwóch ziarn, że one się o siebie ocierają, może dojść do rozpuszczania pod ciśnieniem - tworzy się wówczas szew suturowy. Przykładem takiego rozpuszczania są też stylolity. Są minerały bardziej podatne na rozpuszczanie pod ciśnieniem (kwarc, węglany) i niepodatne (łyszczyki).
Zmiany mineralogiczno - chemiczne:
powstawanie nowych faz mineralnych
wypieranie jednych minerałów przez inne
Procesy te zazębiają się ze sobą.
Z czego mogą powstawać nowe minerały?
z roztworów wodnych, znajdujących się w przestrzeniach porowych, są zwykle zmineralizowane
z rozpuszczania pierwotnych składników (np. łatwo rozpuszczalne składniki organiczne - węglany), rozpuszczają się, wchodzą w skład wód porowych i w innym miejscu mogą krystalizować jako nowe składniki
poprzez przeobrażenia niestabilnych składników pierwotnych
poprzez przebudowę struktury wewnętrznej minerałów - dot. to minerałów ilastych. Minerały ilaste zbudowane są z warstw, pakietów o określonych cechach, w czasie przeobrażeń pojawiają się inne struktury. Dzieje się to bez rozpuszczania i ponownego wytrącania, pakiety po prostu się reorientują.
Inne przeobrażenia mineralogiczno - chemiczne:
powstawanie konkrecji
wypełnianie szczelin i wolnych przestrzeni w osadzie (np. wolna przestrzeń po rozpuszczeniu składnika organicznego)
zastępowanie składników organicznych minerałami (daleko posunięta sylifikacja)
pojawianie się spoiwa - nowe fazy mineralne