Geologi
Figur 1. De olika färger och texturer som syns i den här stenen beror på förekomsten av olika mineraler.
Introduktion
Det finns tre typer av bergarter: magmatiska, sedimentära och metamorfa bergarter. Var och en av dessa typer är en del av stencykeln. Genom förändringar i förhållandena kan en bergart bli en annan bergart. Eller så kan den bli en annan sten av samma typ.
Vad är stenar?
En sten är ett naturligt bildat, icke-levande jordmaterial. Stenar består av samlingar av mineralkorn som hålls samman i en fast, fast massa (figur 1).
Hur skiljer sig en sten från ett mineral? Stenar består av mineraler. Mineralkornen i en sten kan vara så små att du bara kan se dem i ett mikroskop, eller så kan de vara lika stora som din nagel eller till och med ditt finger (figur 1).
Figur 2. En pegmatit från South Dakota med kristaller av lepidolit, turmalin och kvarts (skala 1 cm i övre vänstra hörnet).
Rockar identifieras i första hand genom de mineraler de innehåller och genom deras textur. Varje typ av sten har en distinkt uppsättning mineraler. En sten kan bestå av korn av endast en mineraltyp, t.ex. kvartsit. Det är mycket vanligare att stenar består av en blandning av olika mineraler. Textur är en beskrivning av mineralkornens storlek, form och placering. Är de två proverna i figur 2 av samma bergart? Har de samma mineraler? Samma textur?
Figur 3. Stenprover.
| Prov | Mineraler | Textur | Formation | Rock type |
|---|---|---|---|---|
| Sample 1 | plagioclase, quartz, hornblende, pyroxene | Crystals, visible to naked eye | Magma cooled slowly | Diorite |
| Sample 2 | plagioclase, hornblende, pyroxene | Crystals are tiny or microscopic | Magma erupted and cooled quickly | Andesite |
As seen in table 1, these two rocks have the same chemical composition and contain mostly the same minerals, but they do not have the same texture. Sample 1 has visible mineral grains, but Sample 2 has very tiny or invisible grains. The two different textures indicate different histories. Sample 1 is a diorite, a rock that cooled slowly from magma (molten rock) underground. Prov 2 är en andesit, en bergart som svalnade snabbt från en mycket liknande magma som bröt ut på jordens yta.
Tre huvudkategorier av bergarter
Bergarter klassificeras i tre huvudgrupper beroende på hur de bildas. Bergarter kan studeras i handprov som kan flyttas från sin ursprungliga plats. Stenar kan också studeras i outcrop, exponerade bergsformationer som är fästa vid marken, på den plats där de finns.
Gnejsartade stenar
Gnejsartade stenar bildas av svalnande magma. Magma som bryter ut på jordens yta är lava, vilket syns i figur 4. Den kemiska sammansättningen av magman och hastigheten med vilken den kyls avgör vilken bergart som bildas när mineralerna svalnar och kristalliserar.
Figur 4. Denna flödande lava är smält sten som kommer att hårdna till en magmatisk sten.
Sedimentära bergarter
Sedimentära bergarter bildas genom kompaktering och sammanfogning av sediment, brutna bitar av bergarter som grus, sand, silt eller lera (figur 5). Dessa sediment kan bildas genom vittring och erosion av redan existerande bergarter. Sedimentära bergarter innehåller också kemiska utfällningar, de fasta material som lämnas kvar efter att en vätska avdunstat.
Figur 5. Denna sedimentära bergart består av sand som cementeras ihop till en sandsten.
Metamorfa bergarter
Metamorfa bergarter bildas när mineralerna i en befintlig bergart förändras genom värme eller tryck i jorden. Se figur 6 för ett exempel på en metamorf bergart.
Figur 6. Kvartsit är en metamorf bergart som bildas när kvartssandsten utsätts för värme och tryck inom jorden.
En enkel förklaring av de tre bergartstyperna och hur man identifierar dem kan ses i den här videon:
Denna video diskuterar hur man identifierar magmatiska bergarter:
Denna video diskuterar hur man identifierar en metamorf bergart:
Den här Science Made Fun-videon visar under vilka förhållanden de tre viktigaste bergarterna bildas:
Rockcykeln
Figur 7. James Hutton anses vara geologins fader.
Rockar förändras som ett resultat av naturliga processer som äger rum hela tiden. De flesta förändringar sker mycket långsamt; många sker under jordytan, så vi kanske inte ens märker förändringarna. Även om vi kanske inte ser förändringarna förändras stenarnas fysiska och kemiska egenskaper ständigt i en naturlig, oändlig cykel som kallas stencykeln.
Begreppet stencykel utvecklades först av James Hutton, en 1700-talsforskare som ofta kallas ”geologins fader” (visas i figur 7). Hutton insåg att geologiska processer ”inte har någon början och ingen utsikt till ett slut”. De processer som ingår i bergkretsloppet äger ofta rum under miljontals år. Så på skalan av en människas livstid verkar bergarter vara ”stenfasta” och oföränderliga, men på längre sikt sker det alltid förändringar.
I bergartscykeln, som illustreras i figur 8, visas de tre viktigaste bergartstyperna – magmatisk, sedimentär och metamorf -. Pilar som förbinder de tre bergartstyperna visar de processer som förändrar en bergart till en annan. Kretsloppet har ingen början och inget slut. Stenar djupt inne i jorden håller just nu på att bli andra typer av stenar. Stenar vid ytan ligger på plats innan de nästa gång utsätts för en process som förändrar dem.
Figur 8. Stencykeln.
Processer i stencykeln
Flera processer kan förvandla en typ av sten till en annan typ av sten. De viktigaste processerna i bergartscykeln är kristallisering, erosion och sedimentation samt metamorfism.
Kristallisering
Magma svalnar antingen under jord eller på ytan och hårdnar till en magmatisk sten. När magman svalnar bildas olika kristaller vid olika temperaturer och genomgår kristallisering. Till exempel kristalliserar mineralet olivin ur magma vid mycket högre temperaturer än kvarts. Nedkylningshastigheten avgör hur lång tid kristallerna har på sig att bildas. Långsam avkylning ger större kristaller.
Erosion och sedimentering
Vädring sliter stenar på jordytan i mindre bitar. De små fragmenten kallas för sediment. Rinnande vatten, is och gravitation transporterar alla dessa sediment från en plats till en annan genom erosion. Under sedimentationen läggs sedimenten ner eller deponeras. För att bilda en sedimentär bergart måste de ackumulerade sedimenten komprimeras och cementeras ihop.
Metamorfism
När en bergart utsätts för extrem värme och tryck inom jorden men inte smälter, blir stenen metamorfoserad. Metamorfism kan förändra bergartens mineralsammansättning och textur. Därför kan en metamorf sten ha en ny mineralsammansättning och/eller textur.
Lektionssammanfattning
- Rockar är samlingar av mineraler av olika storlekar och typer.
- De tre viktigaste bergarterna är magmatiska, sedimentära och metamorfa.
- Kristallisation, erosion och sedimentation samt metamorfism förvandlar en bergart till en annan eller förändrar sediment till sten.
- The rock cycle describes the transformations of one type of rock to another.
Reflection Questions
- What skill does this content help you develop?
- What are the key topics covered in this content?
- How can the content in this section help you demonstrate mastery of a specific skill?
- What questions do you have about this content?