Sten (geologi)

Se även: Bildning av bergarter
Bergarter längs en bergsbäck nära Orosí, Costa Rica.

Bergarter består i första hand av mineralkorn, som är kristallina fasta ämnen bildade av en kemisk förening som arrangerats på ett ordnat sätt. De samlade mineralerna som bildar stenen hålls samman av kemiska bindningar. Vissa bergarter innehåller också mineraloider, som är styva, mineralliknande ämnen, t.ex. vulkaniskt glas,:55,79 som saknar kristallin struktur. Typ och förekomst av mineraler i en bergart bestäms av hur den bildades.

De flesta bergarter innehåller silikatmineraler, föreningar som innehåller kiseloxidtetraeder i sitt kristallgitter, och står för ungefär en tredjedel av alla kända mineralarter och ungefär 95 % av jordskorpan. Andelen kiseldioxid i bergarter och mineraler är en viktig faktor som bestämmer deras namn och egenskaper.

Bergarter klassificeras enligt egenskaper som mineralisk och kemisk sammansättning, genomsläpplighet, textur hos de ingående partiklarna och partikelstorlek. Dessa fysiska egenskaper är resultatet av de processer som bildade stenarna. Under tidens lopp kan bergarter omvandlas från en typ till en annan, vilket beskrivs av en geologisk modell som kallas bergartscykeln. Denna omvandling ger upphov till tre allmänna klasser av bergarter: magmatiska, sedimentära och metamorfa.

Dessa tre klasser är indelade i många grupper. Det finns dock inga hårda och fasta gränser mellan besläktade bergarter. Genom att öka eller minska proportionerna av deras mineraler passerar de genom graderingar från den ena till den andra; de utmärkande strukturerna hos en bergart kan således spåras gradvis övergå i en annan bergarts strukturer. Därför motsvarar de definitioner som antagits i bergartsnamn helt enkelt utvalda punkter i en kontinuerligt graderad serie.

Gnejsartade bergarter

Huvudartikel: Gagnetisk sten
Prov av magmatisk gabbro

Gnetisk sten (härstammar från det latinska ordet igneus, som betyder eld, från ignis, som betyder eld) bildas genom avkylning och stelning av magma eller lava. Denna magma kan härröra från partiella smältningar av redan existerande bergarter i antingen en planets mantel eller jordskorpa. Typiskt sett orsakas smältningen av bergarter av en eller flera av tre processer: en ökning av temperaturen, en minskning av trycket eller en förändring av sammansättningen.

Gnetiska bergarter delas in i två huvudkategorier:

  • Plutoniska eller intrusiva bergarter uppstår när magma svalnar och kristalliserar långsamt i jordskorpan. Ett vanligt exempel på denna typ är granit.
  • Vulkaniska eller extruderande bergarter uppstår när magma når ytan antingen som lava eller fragmentarisk ejekta och bildar mineraler som pimpsten eller basalt.

Den kemiska rikedomen och hastigheten för avkylning av magma bildar vanligtvis en sekvens som kallas Bowens reaktionsserie. De flesta större magmatiska bergarter återfinns längs denna skala.

Omkring 65 % av jordskorpans volym består av magmatiska bergarter, vilket gör den till den mest rikliga kategorin. Av dessa är 66 % basalt och gabbro, 16 % granit och 17 % granodiorit och diorit. Endast 0,6 % är syenit och 0,3 % är ultramafisk. Den oceaniska skorpan består till 99 % av basalt, som är en magmatisk sten med mafisk sammansättning. Granit och liknande bergarter, så kallade granitoider, dominerar den kontinentala jordskorpan.

Sedimentära bergarter

Huvudartikel: Sedimentära bergarter
Sedimentär sandsten med järnoxidband

Sedimentära bergarter bildas vid jordytan genom att fragment av tidigare bergarter ansamlas och cementeras, mineraler och organismer eller som kemiska utfällningar och organisk tillväxt i vatten (sedimentation). Denna process leder till att klastiska sediment (stenbitar) eller organiska partiklar (detritus) sedimenterar och ackumuleras, eller till att mineraler kemiskt fälls ut (evaporit) från en lösning. Partiklarna genomgår sedan kompaktering och cementering vid måttliga temperaturer och tryck (diagenes).

För att avlagras bildas sediment genom vittring av tidigare bergarter genom erosion i ett källområde och transporteras sedan till avlagringsplatsen med hjälp av vatten, vind, is, massförflyttning eller glaciärer (denudationsmedel). Omkring 7,9 volymprocent av jordskorpan består av sedimentära bergarter, varav 82 procent är skiffer, medan resten består av kalksten (6 procent), sandsten och arkos (12 procent). Sedimentära bergarter innehåller ofta fossiler. Sedimentära bergarter bildas under inflytande av gravitationen och avlagras vanligtvis i horisontella eller nästan horisontella lager eller strata, och kan kallas stratifierade bergarter.

Metamorfa bergarter

Huvudartikel: Metamorfa bergarter
Metamorfa bandad gnejs

Metamorfa bergarter bildas genom att utsätta vilken bergart som helst – sedimentära bergarter, magmatisk bergart eller en annan äldre metamorf bergart – till andra temperatur- och tryckförhållanden än de under vilka den ursprungliga bergarten bildades. Denna process kallas metamorfism, vilket betyder ”formförändring”. Resultatet är en djupgående förändring av stenens fysiska egenskaper och kemi. Den ursprungliga stenen, den så kallade protoliten, omvandlas till andra mineraltyper eller andra former av samma mineraler genom omkristallisering. De temperaturer och tryck som krävs för denna process är alltid högre än de som finns på jordytan: temperaturer högre än 150 till 200 °C och tryck på 1 500 bar. Metamorfa bergarter utgör 27,4 volymprocent av jordskorpan.

De tre huvudklasserna av metamorfa bergarter är baserade på bildningsmekanismen. Ett intrång av magma som värmer upp den omgivande berggrunden orsakar kontaktmetamorfism – en temperaturdominerad omvandling. Tryckmetamorfism uppstår när sediment begravs djupt under marken; trycket är dominerande och temperaturen spelar en mindre roll. Detta kallas begravningsmetamorfism och kan ge upphov till stenar som jade. När både värme och tryck spelar en roll kallas mekanismen för regional metamorfism. Detta förekommer vanligtvis i bergsbildande regioner.

Avhängigt av strukturen delas metamorfa bergarter in i två allmänna kategorier. De som har en textur kallas för lövade, de övriga kallas för icke lövade. Stenens namn bestäms sedan utifrån de typer av mineraler som förekommer. Skiffer är lövade bergarter som huvudsakligen består av lamellära mineraler, t.ex. micas. En gnejs har synliga band av olika ljushet, ett vanligt exempel är granitgnejs. Andra sorter av lövade bergarter är skiffer, fylliter och mylonit. Bekanta exempel på icke lövade metamorfa bergarter är marmor, täljsten och serpentin. Denna gren innehåller kvartsit – en metamorfoserad form av sandsten – och hornfels.