GESTEENTEN EN GESTEENTEVORMING: deel 3 (Afzettingsgesteenten)
Extra uitleg over sedimentgesteenten. Klik hier.
SEDIMENTGESTEENTEN
Aan en bij het aardoppervlak staan alle gesteenten bloot aan afbraak of verwering.
Mechanische verwering: klik hier.
Chemische verwering: klik hier.
Biologische verwering: kan op een mechanische of een chemische manier tewerk gaan.
Voorbeelden van mechanische biologische verwering:
1. aantasting door wortels.
2. korstmossen op naakte rots creëren een vochtige micro-omgeving.
3. insecten maken tunnels, dit leidt tot een hogere inwendige druk en deze kanaaltjes kunnen met water gevuld worden.
Voorbeelden van chemische biologische verwering:
1. vorming van organische zuren door rottende planten.
2. vorming van complexerend organische stoffen: chelaten.
Verweringsdeeltjes kunnen ter plaatse blijven liggen. Meestal worden ze weggetransporteerd door water, lucht, ijs of de zwaartekracht. Elders worden ze afgezet als losse gesteenten, zoals zand, klei, grind, löss, silt of leem. Hieruit kan weer een vast gesteente worden gevormd zoals zandsteen, schalie of kleisteen, siltsteen, kalksteen. Onder het aardoppervlak is verwering meestal chemisch. Aan of bij het oppervlak zijn de oorzaken bv. water, temperatuurverschillen (vorst, zonbestraling), druk, organische werking. Zuiver water heeft weinig verwerend vermogen, maar meestal zijn er in water stoffen opgelost, die de verwering sterk in de hand werken. Dit geldt zowel voor extern water als voor poriënwaterspanning. De mate van verwering is niet alleen afhankelijk van de sterkte van de verwerende invloeden, maar ook van de weerstand van het aangetaste materiaal.
Losse sedimentgesteenten
Deze zou men evenals andere gesteenten kunnen indelen naar mineraalinhoud, textuur en structuur. De vorm van de samenstellende korrels en de kleur spelen wel een rol.
Textuur
Sommige gesteenten bestaan uitsluitend uit mineralen, waarvan de kristallen tegen elkaar aan gegroeid zijn, het zijn kristallijne stoffen. Er zijn ook gesteenten die uit fragmenten van mineralen of dode organismen bestaan. Zulke fragmenten worden klasten genoemd en deze gesteenten heten klastische gesteenten. Vb. zijn zand (en zandsteen), klei, conglomeraat of breccie. Sommige klastische gesteenten bestaan uit zeer uiteenlopende klasten: stukken van verschillende soorten gesteenten of mineralen, fragmenten van schelpen, plantenresten of fossielen. Er zijn ook klastische gesteenten waarin alle of de meeste klasten dezelfde samenstelling hebben.
Een belangrijk begrip bij het beschrijven van gesteenten is de textuur van een gesteente. Hiermee worden de uiterlijke eigenschappen op kleine schaal bedoeld, die overal in het gesteente aanwezig zijn. Bij een kristallijn gesteente horen hierbij bv. de grootte en vorm van de kristallen, bij klastische gesteenten de grootte en vorm van de klasten. Ook belangrijk is hoeveel volume door klasten ingenomen wordt en hoeveel door de matrix (al het materiaal dat tussen de klasten in zit).
Sommige gesteenten hebben mineralen of klasten die overwegend in een bepaalde richting liggen. Of en hoe sterk dit het geval is wordt het "maaksel" (Engels: fabric) van het gesteente genoemd. Het maaksel is onderdeel van de textuur van een gesteente.
Primaire sedimentaire structuren
Structuren in sedimentaire gesteenten kunnen verdeeld worden in "primaire structuren", die gevormd zijn tijdens de afzetting, en "secondaire" structuren, die na afzetting gevormd zijn. In tegenstelling tot de textuur gaat het om grootschalige kenmerken, die makkelijk in het veld bestudeerd kunnen worden. Vaak kan uit sedimentaire structuren goed worden opgemaakt wat het afzettingsmilieu van het gesteente was. Sommige structuren kunnen als zogenaamde top-bottomcriterium dienen. In het geval dat een laag door tektoniek niet meer in zijn oorspronkelijke, horizontale positie ligt, kan uit top-bottomcriteria worden opgemaakt welke zijde oorspronkelijk boven lag.
Een laag is een deel van het gesteente dat in lithologie, textuur en structuren een geheel vormt. Sedimentaire gesteenten vormen doordat lagen bovenop elkaar worden afgezet. Een opeenvolging van lagen wordt gelaagdheid (Engels: bedding) genoemd. Gelaagdheid kan van enkele centimeters tot meer dan een meter dik zijn. Fijnere gelaagde structuren worden laminae of laminatie genoemd. Laminatie is vaak niet meer dan enkele centi- of millimeters dik. Gelaagdheid kan oorspronkelijk horizontaal lopen, maar dat hoeft niet altijd het geval te zijn. Een structuur waarbij dat niet het geval is, is cross-bedding, waarbij meerdere sets gelaagdheden in hetzelfde gesteente voorkomen, die onder een hoek ten opzichte van elkaar staan. Cross-bedding ontstaat doordat er tussen het afzetten van lagen erosie plaatsvindt, die de lagen gedeeltelijk afsnijdt. De volgende laag zal dan onder een hoek over de oudere lagen komen te liggen. Het tegenovergestelde geval, waarbij alle gelaagdheid parallel loopt, wordt parallelle laminatie genoemd. Het wordt gevormd door schommelingen in de toevoer van sediment of de omstandigheden waarbij sedimentatie plaatsvindt. Een voorbeeld is de afwisseling van seizoenen, waarbij temperatuur- of neerslagverschillen voor verschillen in het type sediment dat wordt aangevoerd of in biochemische activiteit zorgen. Seizoensgebonden laminaties worden warven genoemd. Bij gesteenten die geen laminatie vertonen en weinig gelaagdheid, spreekt men van "massieve gelaagdheid".
Gegradeerde gelaagdheid (Engels: graded bedding) is een structuur die bestaat uit opeenvolgende lagen, waarbij in elke laag de korrelgrootte naar boven toe afneemt. Om dit te vormen is snel stromend water nodig, dat deeltjes van verschillende groottes bevat. Als het water tot rust komt zullen de grotere, zware deeltjes eerst bezinken en de kleinere deeltjes later. Hoewel zoiets in meer afzettingsmilieus kan gebeuren is gegradeerde gelaagdheid vooral kenmerkend voor turbidieten.
Behalve de opeenvolging van lagen, kan ook de vorm van een laag (de bodemstructuur of bedform) zelf aanwijzingen geven over het afzettingsmilieu van het gesteente. Voorbeelden van bodemstructuren zijn scour marks, tool marks, en stroom- of golfribbels. Scour marks (letterlijk "uitslijtingssporen") zijn sporen van uitslijting, het verschijnsel dat stromend water sedimentdeeltjes opneemt. Tool marks (letterlijk: "gereedschapssporen") zijn langgerekte sporen van grotere klasten, die als gevolg van de stroming over de bodem rolden. Zowel scour marks als tool marks zijn meestal langgerekte structuren met een vorm waaruit de oorspronkelijke stroomrichting te herleiden is.
Stroom- en golfribbels zijn structuren die in stromend water vormen. In een afzettingsmilieu waarin het water twee kanten op vloeit, zoals als gevolg van getijde, zullen ribbels vaak een symmetrische vorm hebben. In rivieren worden asymmetrische ribbels gevormd. De oriëntatie van zulke ribbels geeft aan in welke richting het water stroomde. Wanneer een gesteente na sedimentatie boven water kwam, kunnen als gevolg van uitdroging krimpscheuren in de bodemstructuur voorkomen. Zulke structuren zijn typisch voor bv. wadden of glijoevers van rivieren.
Secundaire sedimentaire structuren
Structuren die na sedimentatie in sedimentair gesteente vormen, worden secondaire sedimentaire structuren genoemd. Ze vormen doordat chemische, fysische en biologische processen op het sediment inwerken. Net als primaire sedimentaire structuren kunnen ze iets zeggen over het afzettingsmilieu, of gebruikt worden als top-bottomcriteria.
Organismen kunnen op meer manieren structuren achterlaten dan alleen in de vorm van fossielen. Het kan voorkomen dat sporen, graafsporen, of graafgangen bewaard blijven in het sediment, bv. in de bedform. Dit worden sporenfossielen of ichnofossielen genoemd. Bekend zijn bv. de sporen van dinosauriërs of vroege mensen, maar zulke sporen zijn relatief zeldzaam. Vaker komen sporen voor in de vorm van graafgangen van mollusken of geleedpotigen (bv. krabben of kreeften). Deze sporen geven een aanwijzing over de biologische en ecologische omstandigheden vlak na vorming en kunnen belangrijk zijn bij reconstructies van het afzettingsmilieu. De activiteit van organismen kan een reconstructie echter ook moeilijker maken, wanneer er in een sedimentair gesteente zoveel graafgangen voorkomen dat de oorspronkelijke primaire structuren onherkenbaar zijn geworden, een verschijnsel dat bekend staat als bioturbatie.
Ook sporen van diagenese en bodemvorming kunnen als secondaire sedimentaire structuren worden gezien. Een voorbeeld van een diagenetische structuur zijn stylolieten, vlakken in het gesteente waar oplossing van materiaal plaatsvond. Stylolieten komen met name in kalksteen voor. Een ander voorbeeld zijn concreties. Dit zijn knol- of bolvormige structuren van een andere samenstelling dan de rest van het gesteente. Ze ontstaan door het lokaal neerslaan van bepaalde chemische stoffen. Dit kan het gevolg zijn van kleine verschillen in de chemische samenstelling of permeabiliteit in het gesteente, waardoor de oplosbaarheid van stoffen lokaal varieert. Concreties kunnen bv. ontstaan in bepaalde lagen met een afwijkende chemische samenstelling, rondom fossielen, in graafgangen of langs de wortels van planten. Vuursteen vormt vaak concreties in krijtgesteente, in zandsteen kunnen bv. ijzerconcreties voorkomen.
Door het neerslaan van calciet in klei kunnen kalkknollen ontstaan, die septaria genoemd worden. Na afzetting kan een sedimentair gesteente deformeren als gevolg van natuurkundige processen. De structuren die hierbij ontstaan worden ook tot secondaire sedimentiare structuren gerekend. Verschillen in dichtheid tussen lagen, zoals in een afwisseling van zand en klei, kunnen voor verzakkingen zorgen, die flame structures of load casts genoemd worden. Deze structuren worden veroorzaakt doordat een bovenliggende laag dichter is en door diapirisme in de onderliggende laag intrudeert. Verschillen in dichtheid tussen lagen kunnen sterker worden als de ene lithologie makkelijk inklinkt (zoals klei) terwijl de andere lithologie dit niet kan, en dus relatief licht blijft. Als de poriënwaterspanning in het zand hoog genoeg oploopt, kan het zand gaan stromen en door de klei heen intruderen. Hierbij kunnen merkwaardige structuren als sedimentaire dikes en zandvulkanen ontstaan.
In koude klimaten kan het sediment aan het oppervlak een groot deel van het jaar bevroren zijn (permafrost). In de bevroren bodems kunnen door de vorstverwering spleten ontstaan, die weer opgevuld worden met sediment. Deze structuren kunnen, wanneer ze in gesteente worden gevonden, iets zeggen over het klimaat en tegelijk als top-bottomcriterium dienen.
Door kleine verschillen in dichtheid kunnen ook tijdens de afzetting al verzakkingen in gesteente ontstaan (syn-sedimentaire breuken). Wanneer een gesteente onder een helling wordt afgezet, zoals op een continentale helling of aan de voorzijde van een delta, kan het sediment zolang het nog niet is gelithificeerd verschuiven door afglijdingsmassa's. Hierbij kunnen zogenaamde syn-sedimentaire plooien ontstaan.
Een indeling naar korrelgrootte in korrelgrootteklassen of in textuurklassen of fracties is geologisch gezien belangrijk. Vooral omdat de energie, die nodig is voor transport en afzetting van de deeltjes varieert met de korrelgrootte. Er bestaat dus een sterke relatie tussen de korrelgrootte en de geologische processen.
Een veel gebruikte indeling in fracties is enigszins verkort als volgt: (NB. 1 mu = 1 micrometer = 1/1000 mm.)
opmerkingen:
löss is een eolisch getransporteerde leem, die overwegend bestaat uit korrels in de siltfractie, dus van 2-64 mu.
adobe = een lössachtige klei.
leem = een mengsel van klei, silt en zand, waarin de siltfractie overheerst.
In België ontmoet men de naam leem voor de fractie 2-50 mu, dus silt.
slib is klei + fijne silt.
Lutum is een betere naam voor de fractie tot 2 mu dan de veelgebruikte naam klei. Klei is een complex los gesteente dat een bepaalde hoeveelheid kleimineralen bevat naast een grote hoeveelheid kwarts in de fractie < 2 mu. Daarnaast bevat klei korrels in de siltfractie (2-64 mu) en zandfractie (64 mu-2 mm).
Leem bevat te weinig kleimineralen om een klei te zijn. Het bevat ook zand.
Als er iets bekend is over het ontstaan van afzettingsgesteenten komt er een voorzetsel vóór de naam. Voorbeelden zijn:
Verweringsleem (verweringsresidu van mergelige kalkstenen).
keileem (leem vermengd met door landijs aangevoerd gesteentegruis en stenen, afgezet als grondmorene).
lössleem (löss),
hoogvloedleem of decantatieklei (klei die door bezinking is afgezet).
Voor de juiste benamingen van omschrijvingen van grondsoorten en de daarvan vervaardigde grondstoffen. Zie het BouwGrondstoffenWoordenboek
Belangrijke grondsoorten:
Acrisol, albeluvisol, alisol, alkaligrond, alluviaal, andosol, anthrosol, arenosol, beekklei, bonkaarde, bosgrond, brabantse leem, brikgronden, brusselse aarde, calcisol, cambisol, chernozem, colluvium, cryosol, dalgrond, diadomeeënaarde, durisol, eerdgronden, ferralsol, fluvisol, geestgrond, gley, gleysol, grind, groengronden, guano, gypsisol, gyttja, histels, kastanozem, katteklei, kei, keileem, klei, klei op veem, knipklei, komgrond, leem, leise, leptosol, lixisol, löss, lutum, luvisol, mergel, moeraskalk, nitisol, paleosol, phaeozem, planosol, plinthosol, podzol, potklei, puimsteen, regosol, rivierklei, silt, solonchak, solonetz, stagnosol, technosol, terra preta, umbrisol, vaaggronden, veen, vuurklei, zavel, zeeklei, zwelklei.
Compactie
Als een sediment begraven raakt en bedekt wordt door een steeds dikker pakket jongere sedimentlagen, stijgt de lithostatische druk in het sediment. Als gevolg hiervan zal compactie plaatsvinden. Dit gebeurt eerst door het herschikken van de klasten op een zodanige manier dat de poriënruimte afneemt en de dichtheid toeneemt. Ten tweede kan drukoplossing (Engels: pressure solution) plaatsvinden: de plekken in het gesteente die onder een hoge mechanische spanning staan lossen op, in gebieden waar een lagere mechanische spanning heerst slaat materiaal neer. In zand zal materiaal oplossen op plekken waar de korrels elkaar raken en materiaal neerslaan in de poriën. Ook drukoplossing kan tot gevolg hebben dat de dichtheid van het gesteente toeneemt.De compactie of samendrukking of inklinking van grofkorrelige materialen, zoals zand, is zeer gering. Van fijnkorrelige sedimenten, zoals klei, (< 2 mu) is de compactie groot. Bij klei verloopt de compactie langzaam, maar gaat zeer lang door. Dit kan worden waargenomen, als een landschap met welvingen en depressies geheel wordt bedekt met klei. Na langere tijd klinkt de klei in de depressies sterk in, waardoor nieuwe depressies ontstaan. Was de opvulling zand, dan zouden er geen nieuwe depressies ontstaan. Ook kleilichamen in een andere ondergrond, bv. van kalk, kunnen depressies veroorzaken.
Van veen is de compactie zeer groot; in een paar duizend jaar tot 1/5 à1/10 van de dikte. Bij verdere druk ontstaat er door compactie en chemische omzetting bruinkool.
Indeling van de sedimenten
1. Klastische sedimenten
Klastisch sediment (en sedimentair gesteente) is opgebouwd uit zogenaamde fragmenten van verweerd en geërodeerd gesteente. Deze klasten kunnen door water of wind ver van het oorspronkelijke gesteente getransporteerd zijn. Voorbeelden van plekken waar klastische sedimenten worden afgezet zijn rivieren (fluviatiel sediment), zeeën en oceanen (marien sediment), en puinwaaiers. Naast klastische sedimenten bestaan ook organogene en kristallijne sedimenten. Organogene sedimenten worden gevormd uit organische resten (bijvoorbeeld veen of steenkool), kristallijne door het neerslaan van mineralen (bijvoorbeeld kalksteen of evaporieten).
Klastische sedimenten kunnen op korrelgrootte, samenstelling of textuur worden geclassificeerd. Deze kenmerken kunnen typisch zijn voor een bepaald afzettingsmilieu, zodat classificatie iets kan vertellen over de omstandigheden waaronder het gesteente of sediment gevormd werd.
Klastische sedimenten kunnen bestaan uit:
- grof materiaal: grind, conglomeraat, breccie, till.
- middelmatig materiaal: zandsteen, grauwacke, arkose.
- fijn materiaal: siltsteen, klei.
2. Chemische sedimenten
Deze zijn neergeslagen uit oplossingen. De oververzadiging van de oplossing, die de neerslag tot gevolg heeft, kan zijn ontstaan door voortgaande aanvoer van oplosbaar materiaal of door indamping, zoals bij evaporieten.
Moeraskalk is een zachte kalkafzetting, ontstaan in waterbekkens in het Pleistoceen.
IJzerafzettingen komen voor in de vorm van limoniet, sideriet, hematiet en pyriet.
Dat kan zijn als moerasijzererts, vooral bestaand uit goethiet. Een andere vorm is als limonietconcreties of waterhoudend ijzerhydroxide. Goethiet en limoniet zijn chemisch gelijk. De ijzerconeretie bloedsteen of hematiet Fe2O3 komt voor als zwerfsteen en o.a. in de Eifel en de Ardennen. Het is in de prehistorie gebruikt als kleurstof. Het is zelfs gevonden in graven van Neanderthalers.
Oölieten zijn gesteenten, die zijn opgebouwd uit concentrisch gelaagde bolletjes, meestal < l mm. De naam is afgeleid van het Griekse oön = ei. De bolletjes heten oöieden. Ze bevatten soms een uiterst kleine kristallisatiekern. De oöieden zijn opgebouwd uit verbindingen, die chemisch in water zijn neergeslagen.
Het meest voorkomend zijn kalkoöieden, die samengekit door fijn kalkcement de kalkoölieten vormen. Een goed gesorteerde kalkoöliet wijst op afzetting in een warme, ondiepe, turbulente door het getij beïnvloede zee. Verdere voorbeelden van chemische sedimenten zijn: sommige kalkstenen, sommige soorten dolomiet, travertijn, keukenzout, gips, sommige fosfaten.
3. Organogene sedimenten
Deze bestaan uit organogene bestanddelen (van organische oorsprong, plantaardig of dierlijk). Voorbeelden zijn: veel kalkstenen, sommige fosfaten, veen, bruinkool, steenkool, sapropeel (een zuurstofarme, zwarte modder. Organisch rijk meersediment, dat zoals gyttja wordt gevormd uit de resten van waterflora en -fauna, maar onder anaërobe omstandigheden, waarbij waterstofsulfide en methaan ontstaan).
Vorming van vaste sedimentgesteenten
Diagenese zijn alle processen, die op een sediment inwerken na de afzetting bij atmosferische temperatuur en druk, waarbij veelal het sediment overgaat in een hard gesteente. Deze processen kunnen zijn:
- vorming van nieuwe mineralen.
- herverdeling en herkristallisatie van samenstellende bestanddelen.
Diagenese kent enkele stadia:- Syngenese of vroege diagenese heeft plaats als het sediment pas is afgezet en als het daarna bedekt raakt, waardoor het niet meer in contact is met het transporterend medium, maar met poriënwater.
- Anadiageneseals het sediment bedekt wordt door steeds meer afzettingen (van enkele honderden tot duizenden meters). Tenslotte wordt dan het poriënwater vervangen door mineralen en wordt het sediment een vast gesteente.
- Epigenese of late genese. Hierbij kan het gesteente de grens van metamorfose naderen of, bv. in geval van opheffing door orogenese chemisch worden beïnvloed door meteorisch water.
Als tijdens diagenese het gesteente aan de oppervlakte komt te liggen kan verwering de plaats van diagenese gaan innemen.
Vaste sedimentgesteenten.
De gevormde vaste sedimentgesteenten zijn qua korrelgrootte in te delen in:- Grove sedimentgesteenten, zoals: conglomeraten, ontstaan uit afgerond puin. Breccies, ontstaan uit hoekig puin. Tillieten, ontstaan uit glaciaal getransporteerd puin.
- Arenieten of middelgrove sedimentgesteenten, zoals: zandsteen uit zand. Arkose, verweringspuin van graniet met korrels van kwarts en veldspaat. Grauwacke, ontstaan uit zand met kleideeltjes. Bentheimer zandsteen, een bekende kwartszandsteen, Nievelsteiner zandsteen, die is ontstaan door verkitting van kwartszand in de vorm van zilverzand.
- Lutieten of fijn sedimentgesteente, zoals: siltsteen uit silt. Schalie uit klei.
Diagenelische processen Voor meer uitleg, klik hier.
Mineralogische veranderingen zijn vooral het gevolg van chemische veranderingen in het poriënwater, dat de sedimentkorrels omringt. Men onderscheidt authigenese: nieuwvorming en rekristallisatie, al dan niet met vervanging van mineralen. Er kan ook toevoeging voorkomen, bv. van ijzer.
Een bijzondere vorm van mineralogische verandering is, de vorming van concreties of concentraties van mineralen.
Rekristallisatie tot grotere kristallen maakt gebruik van in het sediment aanwezige mineralen. Het bekendst is het vormen van grotere calcietkristallen uit moleculen van fijnkorrelige kalksteen.
Aragoniet kan worden omgevormd tot stabiele calciet.
Radiolariën en diatomeeënaarde kan worden omgevormd tot radiolariet en diatomiet. Door oplossing en herafzetting ontstaat hieruit cryptokristallijne kwarts, chalcedoon, kwarts, kwartsine of pseudochalcedoniet.
Cementering of verkitting, ontstaat door nieuwvorming van mineralen, waarbij een zgn. cement, bestaande uit één of meerdere mineralen, wordt neergeslagen in de poriën tussen de korrels. De korrels en het cement kunnen bestaan uit, hetzelfde mineraal, zoals b.v. bij zandsteen (kwarts) en bij kalksteen (calciet), of uit verschillende mineralen, zoals bij kalkzandsteen en grauwacke.
Dolomitisatie is de vervanging van calciet (CaCO3) door dolomiet (CaMg(CO3)2) .
Verkiezeling of silicificatie: het geheel of gedeeltelijk vervangen van een gesteente of een fossiel door silicium (SiO2) in de vorm van kwarts, chalcedoon of opaal.
Een ander voorbeeld van vervanging is die van kalk door fosforiet. Bij mariene sedimentatie kan onder omstandigheden fosforiet direct neerslaan. Het fosfaatrijke water kan in de kalk doordringen, waardoor kalk wordt vervangen door fosforiet. Op deze manier zijn wellicht de grote fosfaatafzettingen in Noord-Afrika ontstaan, hoewel men hierbij ook moet denken aan opeenhopingen van guano. Ze vormen nu een belangrijke bron o.a. voor de kunstmestindustrie.
Calciet kan ook worden vervangen door ijzercarbonaat (sideriet) (FeCO3). Zo zijn wellicht sommige ijzerertsen ontstaan.
Kalksteen, CaCO3, ontstaat uit microscopisch kleine kalkpantsertjes van planktonorganismen.
Calcareniet of grofkorrelige kalk, opgebouwd uit fragmenten van stekelhuidigen (Echinodermata), schelpen van Tweekleppigen (Lamellibranchiata), Brachiopoden, Bryozoa enz.
Tufkrijt: grofkorrelige zachte kalksteen is een calcareniet en vormt een deel van de bekende Maastrichtse kalksteen.
Bioliet: organisch gevormd gesteente van organisch materiaal.
Biohermen of riffen: zijn alle organismen dat bijdraagt tot de vorming van een `koraalrif`. Hiermee kan ook bedoeld worden: een verhoging als gevolg van een opstapeling van fossiele resten van zulke organismen. Vb. Koraalriffen.
Biostroom: een doorlopende laag autochtone kalk, opgebouwd door kalkalgen, koralen, oesters (Ostreidae) of mosdiertjes (bryozoa). Vb. Stromatoporen, gevormd door kalkalgen.
Als in kalksteen fossielfragmenten van één groep organismen overheersen geeft men de kalksteen wel de naam van dat organisme mee. Dan spreekt men van crinoïdenkalk, schelpenkalk, foraminiferenkalk, koraalkalk.
Bij kalksteen treft men soms het verschijnsel aan van de vorming van stylotieten.
Stylolieten kunnen ontstaan, als zich tussen twee nog niet geconsolideerde kalksteenlagen, die zijn verzadigd met water, een dun kleilaagje bevindt.
Onder invloed van drukverschillen boven en onder dat laagje kunnen er vele kleine scheurtjes ontstaan in het kleilaagje. Door verschillen in plaatselijke omstandigheden zal op de ene plaats verplaatsing naar boven plaats hebben en op andere plaatsen naar beneden. Hierdoor ontstaat er een grillig patroon in dergelijke scheidingslaagjes, hetgeen men stylolieten noemt.
Mechanische verwering: klik hier.
Chemische verwering: klik hier.
Biologische verwering: kan op een mechanische of een chemische manier tewerk gaan.
Voorbeelden van mechanische biologische verwering:
1. aantasting door wortels.
2. korstmossen op naakte rots creëren een vochtige micro-omgeving.
3. insecten maken tunnels, dit leidt tot een hogere inwendige druk en deze kanaaltjes kunnen met water gevuld worden.
Voorbeelden van chemische biologische verwering:
1. vorming van organische zuren door rottende planten.
2. vorming van complexerend organische stoffen: chelaten.
Verweringsdeeltjes kunnen ter plaatse blijven liggen. Meestal worden ze weggetransporteerd door water, lucht, ijs of de zwaartekracht. Elders worden ze afgezet als losse gesteenten, zoals zand, klei, grind, löss, silt of leem. Hieruit kan weer een vast gesteente worden gevormd zoals zandsteen, schalie of kleisteen, siltsteen, kalksteen. Onder het aardoppervlak is verwering meestal chemisch. Aan of bij het oppervlak zijn de oorzaken bv. water, temperatuurverschillen (vorst, zonbestraling), druk, organische werking. Zuiver water heeft weinig verwerend vermogen, maar meestal zijn er in water stoffen opgelost, die de verwering sterk in de hand werken. Dit geldt zowel voor extern water als voor poriënwaterspanning. De mate van verwering is niet alleen afhankelijk van de sterkte van de verwerende invloeden, maar ook van de weerstand van het aangetaste materiaal.
Textuur
Sommige gesteenten bestaan uitsluitend uit mineralen, waarvan de kristallen tegen elkaar aan gegroeid zijn, het zijn kristallijne stoffen. Er zijn ook gesteenten die uit fragmenten van mineralen of dode organismen bestaan. Zulke fragmenten worden klasten genoemd en deze gesteenten heten klastische gesteenten. Vb. zijn zand (en zandsteen), klei, conglomeraat of breccie. Sommige klastische gesteenten bestaan uit zeer uiteenlopende klasten: stukken van verschillende soorten gesteenten of mineralen, fragmenten van schelpen, plantenresten of fossielen. Er zijn ook klastische gesteenten waarin alle of de meeste klasten dezelfde samenstelling hebben.
Een belangrijk begrip bij het beschrijven van gesteenten is de textuur van een gesteente. Hiermee worden de uiterlijke eigenschappen op kleine schaal bedoeld, die overal in het gesteente aanwezig zijn. Bij een kristallijn gesteente horen hierbij bv. de grootte en vorm van de kristallen, bij klastische gesteenten de grootte en vorm van de klasten. Ook belangrijk is hoeveel volume door klasten ingenomen wordt en hoeveel door de matrix (al het materiaal dat tussen de klasten in zit).
Sommige gesteenten hebben mineralen of klasten die overwegend in een bepaalde richting liggen. Of en hoe sterk dit het geval is wordt het "maaksel" (Engels: fabric) van het gesteente genoemd. Het maaksel is onderdeel van de textuur van een gesteente.
Primaire sedimentaire structuren
Structuren in sedimentaire gesteenten kunnen verdeeld worden in "primaire structuren", die gevormd zijn tijdens de afzetting, en "secondaire" structuren, die na afzetting gevormd zijn. In tegenstelling tot de textuur gaat het om grootschalige kenmerken, die makkelijk in het veld bestudeerd kunnen worden. Vaak kan uit sedimentaire structuren goed worden opgemaakt wat het afzettingsmilieu van het gesteente was. Sommige structuren kunnen als zogenaamde top-bottomcriterium dienen. In het geval dat een laag door tektoniek niet meer in zijn oorspronkelijke, horizontale positie ligt, kan uit top-bottomcriteria worden opgemaakt welke zijde oorspronkelijk boven lag.
Een laag is een deel van het gesteente dat in lithologie, textuur en structuren een geheel vormt. Sedimentaire gesteenten vormen doordat lagen bovenop elkaar worden afgezet. Een opeenvolging van lagen wordt gelaagdheid (Engels: bedding) genoemd. Gelaagdheid kan van enkele centimeters tot meer dan een meter dik zijn. Fijnere gelaagde structuren worden laminae of laminatie genoemd. Laminatie is vaak niet meer dan enkele centi- of millimeters dik. Gelaagdheid kan oorspronkelijk horizontaal lopen, maar dat hoeft niet altijd het geval te zijn. Een structuur waarbij dat niet het geval is, is cross-bedding, waarbij meerdere sets gelaagdheden in hetzelfde gesteente voorkomen, die onder een hoek ten opzichte van elkaar staan. Cross-bedding ontstaat doordat er tussen het afzetten van lagen erosie plaatsvindt, die de lagen gedeeltelijk afsnijdt. De volgende laag zal dan onder een hoek over de oudere lagen komen te liggen. Het tegenovergestelde geval, waarbij alle gelaagdheid parallel loopt, wordt parallelle laminatie genoemd. Het wordt gevormd door schommelingen in de toevoer van sediment of de omstandigheden waarbij sedimentatie plaatsvindt. Een voorbeeld is de afwisseling van seizoenen, waarbij temperatuur- of neerslagverschillen voor verschillen in het type sediment dat wordt aangevoerd of in biochemische activiteit zorgen. Seizoensgebonden laminaties worden warven genoemd. Bij gesteenten die geen laminatie vertonen en weinig gelaagdheid, spreekt men van "massieve gelaagdheid".
Gegradeerde gelaagdheid (Engels: graded bedding) is een structuur die bestaat uit opeenvolgende lagen, waarbij in elke laag de korrelgrootte naar boven toe afneemt. Om dit te vormen is snel stromend water nodig, dat deeltjes van verschillende groottes bevat. Als het water tot rust komt zullen de grotere, zware deeltjes eerst bezinken en de kleinere deeltjes later. Hoewel zoiets in meer afzettingsmilieus kan gebeuren is gegradeerde gelaagdheid vooral kenmerkend voor turbidieten.
Behalve de opeenvolging van lagen, kan ook de vorm van een laag (de bodemstructuur of bedform) zelf aanwijzingen geven over het afzettingsmilieu van het gesteente. Voorbeelden van bodemstructuren zijn scour marks, tool marks, en stroom- of golfribbels. Scour marks (letterlijk "uitslijtingssporen") zijn sporen van uitslijting, het verschijnsel dat stromend water sedimentdeeltjes opneemt. Tool marks (letterlijk: "gereedschapssporen") zijn langgerekte sporen van grotere klasten, die als gevolg van de stroming over de bodem rolden. Zowel scour marks als tool marks zijn meestal langgerekte structuren met een vorm waaruit de oorspronkelijke stroomrichting te herleiden is.
Stroom- en golfribbels zijn structuren die in stromend water vormen. In een afzettingsmilieu waarin het water twee kanten op vloeit, zoals als gevolg van getijde, zullen ribbels vaak een symmetrische vorm hebben. In rivieren worden asymmetrische ribbels gevormd. De oriëntatie van zulke ribbels geeft aan in welke richting het water stroomde. Wanneer een gesteente na sedimentatie boven water kwam, kunnen als gevolg van uitdroging krimpscheuren in de bodemstructuur voorkomen. Zulke structuren zijn typisch voor bv. wadden of glijoevers van rivieren.
Secundaire sedimentaire structuren
Structuren die na sedimentatie in sedimentair gesteente vormen, worden secondaire sedimentaire structuren genoemd. Ze vormen doordat chemische, fysische en biologische processen op het sediment inwerken. Net als primaire sedimentaire structuren kunnen ze iets zeggen over het afzettingsmilieu, of gebruikt worden als top-bottomcriteria.
Organismen kunnen op meer manieren structuren achterlaten dan alleen in de vorm van fossielen. Het kan voorkomen dat sporen, graafsporen, of graafgangen bewaard blijven in het sediment, bv. in de bedform. Dit worden sporenfossielen of ichnofossielen genoemd. Bekend zijn bv. de sporen van dinosauriërs of vroege mensen, maar zulke sporen zijn relatief zeldzaam. Vaker komen sporen voor in de vorm van graafgangen van mollusken of geleedpotigen (bv. krabben of kreeften). Deze sporen geven een aanwijzing over de biologische en ecologische omstandigheden vlak na vorming en kunnen belangrijk zijn bij reconstructies van het afzettingsmilieu. De activiteit van organismen kan een reconstructie echter ook moeilijker maken, wanneer er in een sedimentair gesteente zoveel graafgangen voorkomen dat de oorspronkelijke primaire structuren onherkenbaar zijn geworden, een verschijnsel dat bekend staat als bioturbatie.
Ook sporen van diagenese en bodemvorming kunnen als secondaire sedimentaire structuren worden gezien. Een voorbeeld van een diagenetische structuur zijn stylolieten, vlakken in het gesteente waar oplossing van materiaal plaatsvond. Stylolieten komen met name in kalksteen voor. Een ander voorbeeld zijn concreties. Dit zijn knol- of bolvormige structuren van een andere samenstelling dan de rest van het gesteente. Ze ontstaan door het lokaal neerslaan van bepaalde chemische stoffen. Dit kan het gevolg zijn van kleine verschillen in de chemische samenstelling of permeabiliteit in het gesteente, waardoor de oplosbaarheid van stoffen lokaal varieert. Concreties kunnen bv. ontstaan in bepaalde lagen met een afwijkende chemische samenstelling, rondom fossielen, in graafgangen of langs de wortels van planten. Vuursteen vormt vaak concreties in krijtgesteente, in zandsteen kunnen bv. ijzerconcreties voorkomen.
Door het neerslaan van calciet in klei kunnen kalkknollen ontstaan, die septaria genoemd worden. Na afzetting kan een sedimentair gesteente deformeren als gevolg van natuurkundige processen. De structuren die hierbij ontstaan worden ook tot secondaire sedimentiare structuren gerekend. Verschillen in dichtheid tussen lagen, zoals in een afwisseling van zand en klei, kunnen voor verzakkingen zorgen, die flame structures of load casts genoemd worden. Deze structuren worden veroorzaakt doordat een bovenliggende laag dichter is en door diapirisme in de onderliggende laag intrudeert. Verschillen in dichtheid tussen lagen kunnen sterker worden als de ene lithologie makkelijk inklinkt (zoals klei) terwijl de andere lithologie dit niet kan, en dus relatief licht blijft. Als de poriënwaterspanning in het zand hoog genoeg oploopt, kan het zand gaan stromen en door de klei heen intruderen. Hierbij kunnen merkwaardige structuren als sedimentaire dikes en zandvulkanen ontstaan.
In koude klimaten kan het sediment aan het oppervlak een groot deel van het jaar bevroren zijn (permafrost). In de bevroren bodems kunnen door de vorstverwering spleten ontstaan, die weer opgevuld worden met sediment. Deze structuren kunnen, wanneer ze in gesteente worden gevonden, iets zeggen over het klimaat en tegelijk als top-bottomcriterium dienen.
Door kleine verschillen in dichtheid kunnen ook tijdens de afzetting al verzakkingen in gesteente ontstaan (syn-sedimentaire breuken). Wanneer een gesteente onder een helling wordt afgezet, zoals op een continentale helling of aan de voorzijde van een delta, kan het sediment zolang het nog niet is gelithificeerd verschuiven door afglijdingsmassa's. Hierbij kunnen zogenaamde syn-sedimentaire plooien ontstaan.
Een indeling naar korrelgrootte in korrelgrootteklassen of in textuurklassen of fracties is geologisch gezien belangrijk. Vooral omdat de energie, die nodig is voor transport en afzetting van de deeltjes varieert met de korrelgrootte. Er bestaat dus een sterke relatie tussen de korrelgrootte en de geologische processen.
Een veel gebruikte indeling in fracties is enigszins verkort als volgt: (NB. 1 mu = 1 micrometer = 1/1000 mm.)
opmerkingen:
löss is een eolisch getransporteerde leem, die overwegend bestaat uit korrels in de siltfractie, dus van 2-64 mu.
adobe = een lössachtige klei.
leem = een mengsel van klei, silt en zand, waarin de siltfractie overheerst.
In België ontmoet men de naam leem voor de fractie 2-50 mu, dus silt.
slib is klei + fijne silt.
Lutum is een betere naam voor de fractie tot 2 mu dan de veelgebruikte naam klei. Klei is een complex los gesteente dat een bepaalde hoeveelheid kleimineralen bevat naast een grote hoeveelheid kwarts in de fractie < 2 mu. Daarnaast bevat klei korrels in de siltfractie (2-64 mu) en zandfractie (64 mu-2 mm).
Leem bevat te weinig kleimineralen om een klei te zijn. Het bevat ook zand.
Als er iets bekend is over het ontstaan van afzettingsgesteenten komt er een voorzetsel vóór de naam. Voorbeelden zijn:
Verweringsleem (verweringsresidu van mergelige kalkstenen).
keileem (leem vermengd met door landijs aangevoerd gesteentegruis en stenen, afgezet als grondmorene).
lössleem (löss),
hoogvloedleem of decantatieklei (klei die door bezinking is afgezet).
Voor de juiste benamingen van omschrijvingen van grondsoorten en de daarvan vervaardigde grondstoffen. Zie het BouwGrondstoffenWoordenboek
Belangrijke grondsoorten:
Acrisol, albeluvisol, alisol, alkaligrond, alluviaal, andosol, anthrosol, arenosol, beekklei, bonkaarde, bosgrond, brabantse leem, brikgronden, brusselse aarde, calcisol, cambisol, chernozem, colluvium, cryosol, dalgrond, diadomeeënaarde, durisol, eerdgronden, ferralsol, fluvisol, geestgrond, gley, gleysol, grind, groengronden, guano, gypsisol, gyttja, histels, kastanozem, katteklei, kei, keileem, klei, klei op veem, knipklei, komgrond, leem, leise, leptosol, lixisol, löss, lutum, luvisol, mergel, moeraskalk, nitisol, paleosol, phaeozem, planosol, plinthosol, podzol, potklei, puimsteen, regosol, rivierklei, silt, solonchak, solonetz, stagnosol, technosol, terra preta, umbrisol, vaaggronden, veen, vuurklei, zavel, zeeklei, zwelklei.
Compactie
Als een sediment begraven raakt en bedekt wordt door een steeds dikker pakket jongere sedimentlagen, stijgt de lithostatische druk in het sediment. Als gevolg hiervan zal compactie plaatsvinden. Dit gebeurt eerst door het herschikken van de klasten op een zodanige manier dat de poriënruimte afneemt en de dichtheid toeneemt. Ten tweede kan drukoplossing (Engels: pressure solution) plaatsvinden: de plekken in het gesteente die onder een hoge mechanische spanning staan lossen op, in gebieden waar een lagere mechanische spanning heerst slaat materiaal neer. In zand zal materiaal oplossen op plekken waar de korrels elkaar raken en materiaal neerslaan in de poriën. Ook drukoplossing kan tot gevolg hebben dat de dichtheid van het gesteente toeneemt.De compactie of samendrukking of inklinking van grofkorrelige materialen, zoals zand, is zeer gering. Van fijnkorrelige sedimenten, zoals klei, (< 2 mu) is de compactie groot. Bij klei verloopt de compactie langzaam, maar gaat zeer lang door. Dit kan worden waargenomen, als een landschap met welvingen en depressies geheel wordt bedekt met klei. Na langere tijd klinkt de klei in de depressies sterk in, waardoor nieuwe depressies ontstaan. Was de opvulling zand, dan zouden er geen nieuwe depressies ontstaan. Ook kleilichamen in een andere ondergrond, bv. van kalk, kunnen depressies veroorzaken.
Van veen is de compactie zeer groot; in een paar duizend jaar tot 1/5 à1/10 van de dikte. Bij verdere druk ontstaat er door compactie en chemische omzetting bruinkool.
Klastische sedimenten kunnen op korrelgrootte, samenstelling of textuur worden geclassificeerd. Deze kenmerken kunnen typisch zijn voor een bepaald afzettingsmilieu, zodat classificatie iets kan vertellen over de omstandigheden waaronder het gesteente of sediment gevormd werd.
Klastische sedimenten kunnen bestaan uit:
- grof materiaal: grind, conglomeraat, breccie, till.
- middelmatig materiaal: zandsteen, grauwacke, arkose.
- fijn materiaal: siltsteen, klei.
Moeraskalk is een zachte kalkafzetting, ontstaan in waterbekkens in het Pleistoceen.
IJzerafzettingen komen voor in de vorm van limoniet, sideriet, hematiet en pyriet.
Dat kan zijn als moerasijzererts, vooral bestaand uit goethiet. Een andere vorm is als limonietconcreties of waterhoudend ijzerhydroxide. Goethiet en limoniet zijn chemisch gelijk. De ijzerconeretie bloedsteen of hematiet Fe2O3 komt voor als zwerfsteen en o.a. in de Eifel en de Ardennen. Het is in de prehistorie gebruikt als kleurstof. Het is zelfs gevonden in graven van Neanderthalers.
Oölieten zijn gesteenten, die zijn opgebouwd uit concentrisch gelaagde bolletjes, meestal < l mm. De naam is afgeleid van het Griekse oön = ei. De bolletjes heten oöieden. Ze bevatten soms een uiterst kleine kristallisatiekern. De oöieden zijn opgebouwd uit verbindingen, die chemisch in water zijn neergeslagen.
Het meest voorkomend zijn kalkoöieden, die samengekit door fijn kalkcement de kalkoölieten vormen. Een goed gesorteerde kalkoöliet wijst op afzetting in een warme, ondiepe, turbulente door het getij beïnvloede zee. Verdere voorbeelden van chemische sedimenten zijn: sommige kalkstenen, sommige soorten dolomiet, travertijn, keukenzout, gips, sommige fosfaten.
- vorming van nieuwe mineralen.
- herverdeling en herkristallisatie van samenstellende bestanddelen.
Diagenese kent enkele stadia:
- Syngenese of vroege diagenese heeft plaats als het sediment pas is afgezet en als het daarna bedekt raakt, waardoor het niet meer in contact is met het transporterend medium, maar met poriënwater.
- Anadiageneseals het sediment bedekt wordt door steeds meer afzettingen (van enkele honderden tot duizenden meters). Tenslotte wordt dan het poriënwater vervangen door mineralen en wordt het sediment een vast gesteente.
- Epigenese of late genese. Hierbij kan het gesteente de grens van metamorfose naderen of, bv. in geval van opheffing door orogenese chemisch worden beïnvloed door meteorisch water.
Als tijdens diagenese het gesteente aan de oppervlakte komt te liggen kan verwering de plaats van diagenese gaan innemen.
Vaste sedimentgesteenten.
De gevormde vaste sedimentgesteenten zijn qua korrelgrootte in te delen in:
- Grove sedimentgesteenten, zoals: conglomeraten, ontstaan uit afgerond puin. Breccies, ontstaan uit hoekig puin. Tillieten, ontstaan uit glaciaal getransporteerd puin.
- Arenieten of middelgrove sedimentgesteenten, zoals: zandsteen uit zand. Arkose, verweringspuin van graniet met korrels van kwarts en veldspaat. Grauwacke, ontstaan uit zand met kleideeltjes. Bentheimer zandsteen, een bekende kwartszandsteen, Nievelsteiner zandsteen, die is ontstaan door verkitting van kwartszand in de vorm van zilverzand.
- Lutieten of fijn sedimentgesteente, zoals: siltsteen uit silt. Schalie uit klei.
Een bijzondere vorm van mineralogische verandering is, de vorming van concreties of concentraties van mineralen.
Rekristallisatie tot grotere kristallen maakt gebruik van in het sediment aanwezige mineralen. Het bekendst is het vormen van grotere calcietkristallen uit moleculen van fijnkorrelige kalksteen.
Aragoniet kan worden omgevormd tot stabiele calciet.
Radiolariën en diatomeeënaarde kan worden omgevormd tot radiolariet en diatomiet. Door oplossing en herafzetting ontstaat hieruit cryptokristallijne kwarts, chalcedoon, kwarts, kwartsine of pseudochalcedoniet.
Cementering of verkitting, ontstaat door nieuwvorming van mineralen, waarbij een zgn. cement, bestaande uit één of meerdere mineralen, wordt neergeslagen in de poriën tussen de korrels. De korrels en het cement kunnen bestaan uit, hetzelfde mineraal, zoals b.v. bij zandsteen (kwarts) en bij kalksteen (calciet), of uit verschillende mineralen, zoals bij kalkzandsteen en grauwacke.
Dolomitisatie is de vervanging van calciet (CaCO3) door dolomiet (CaMg(CO3)2) .
Verkiezeling of silicificatie: het geheel of gedeeltelijk vervangen van een gesteente of een fossiel door silicium (SiO2) in de vorm van kwarts, chalcedoon of opaal.
Een ander voorbeeld van vervanging is die van kalk door fosforiet. Bij mariene sedimentatie kan onder omstandigheden fosforiet direct neerslaan. Het fosfaatrijke water kan in de kalk doordringen, waardoor kalk wordt vervangen door fosforiet. Op deze manier zijn wellicht de grote fosfaatafzettingen in Noord-Afrika ontstaan, hoewel men hierbij ook moet denken aan opeenhopingen van guano. Ze vormen nu een belangrijke bron o.a. voor de kunstmestindustrie.
Calciet kan ook worden vervangen door ijzercarbonaat (sideriet) (FeCO3). Zo zijn wellicht sommige ijzerertsen ontstaan.
Kalksteen, CaCO3, ontstaat uit microscopisch kleine kalkpantsertjes van planktonorganismen.
Calcareniet of grofkorrelige kalk, opgebouwd uit fragmenten van stekelhuidigen (Echinodermata), schelpen van Tweekleppigen (Lamellibranchiata), Brachiopoden, Bryozoa enz.
Tufkrijt: grofkorrelige zachte kalksteen is een calcareniet en vormt een deel van de bekende Maastrichtse kalksteen.
Bioliet: organisch gevormd gesteente van organisch materiaal.
Biohermen of riffen: zijn alle organismen dat bijdraagt tot de vorming van een `koraalrif`. Hiermee kan ook bedoeld worden: een verhoging als gevolg van een opstapeling van fossiele resten van zulke organismen. Vb. Koraalriffen.
Biostroom: een doorlopende laag autochtone kalk, opgebouwd door kalkalgen, koralen, oesters (Ostreidae) of mosdiertjes (bryozoa). Vb. Stromatoporen, gevormd door kalkalgen.
Als in kalksteen fossielfragmenten van één groep organismen overheersen geeft men de kalksteen wel de naam van dat organisme mee. Dan spreekt men van crinoïdenkalk, schelpenkalk, foraminiferenkalk, koraalkalk.
Bij kalksteen treft men soms het verschijnsel aan van de vorming van stylotieten.
Stylolieten kunnen ontstaan, als zich tussen twee nog niet geconsolideerde kalksteenlagen, die zijn verzadigd met water, een dun kleilaagje bevindt.
Onder invloed van drukverschillen boven en onder dat laagje kunnen er vele kleine scheurtjes ontstaan in het kleilaagje. Door verschillen in plaatselijke omstandigheden zal op de ene plaats verplaatsing naar boven plaats hebben en op andere plaatsen naar beneden. Hierdoor ontstaat er een grillig patroon in dergelijke scheidingslaagjes, hetgeen men stylolieten noemt.
