2.3 Sedimentære bergarter

Bergarter bygd av biter

Gå til en strand og ta opp en håndfull sand. Hvert eneste korn var en gang en del av et fjell. Over tid kan slik sand presses og sementeres sammen til solid stein -- en sedimentær bergart. Disse bergartene dekker rundt 75 % av jordoverflaten, selv om de bare utgjør 5 % av skorpens volum, og de har en helt spesiell egenskap: de inneholder fossiler som forteller jordens historie.

Veien fra fjell til sedimentær bergart går i fire trinn. Først forvitring, der bergarter brytes ned til mindre partikler. Så transport, der partiklene flyttes av vann, vind, is eller tyngdekraft. Deretter avsetning, når transportmediet mister energi og partiklene legger seg. Til slutt diagenese, der de løse sedimentene herdes til fast bergart.

Diagenese er verdt å forstå godt. Den består av to deler: kompaksjon, der vekten av overliggende lag presser sedimentene sammen, og sementering, der mineraler -- ofte kvarts, kalsitt eller jernoksider -- felles ut mellom kornene og limer dem fast. Hele prosessen tar lang tid og skaper bergarter med karakteristisk lagdeling.

Klastiske bergarter: et spørsmål om kornstørrelse

Den vanligste typen sedimentær bergart er den klastiske, bygd opp av fragmenter -- klaster -- fra andre bergarter. Her er kornstørrelsen selve nøkkelen til klassifiseringen.

Grovest er grus og stein på over 2 mm, som blir til konglomerat hvis kornene er avrundet, eller breksje hvis de er kantete. Sand mellom 0,0625 og 2 mm blir til sandstein. Silt mellom 0,004 og 0,0625 mm gir siltstein. Og leire under 0,004 mm gir leirstein eller skifer.

Kornenes form forteller en historie. Avrundede korn i et konglomerat tyder på lang transport, der kantene er slipt bort underveis. Kantete fragmenter i en breksje betyr derimot kort transport eller et skred. Sandstein bygges hovedsakelig av kvartskorn og finnes i flere typer: ren kvartsandstein, feltspatrik arkose og den umodne gråvakke. Leirstein og skifer er finkornet og lagdelt, ofte rik på organisk materiale -- og dermed en viktig kilde til petroleum.

Kjemiske og biogene bergarter

Ikke alle sedimentære bergarter er bygd av fragmenter. Kjemiske sedimentære bergarter dannes ved at mineraler felles ut direkte fra en løsning, oftest i hav eller innsjøer.

De vanligste er karbonatene. Kalkstein består hovedsakelig av kalsitt ($CaCO_3$), dannes i varme, grunne hav, og bruser med saltsyre. Dolomitt ($CaMg(CO_3)_2$) er ofte omdannet kalkstein. En annen gruppe er evaporittene, som dannes når vann fordamper. Da felles mineralene ut i en bestemt rekkefølge: først kalsitt, så gips ($CaSO_4 \cdot 2H_2O$), deretter steinsalt ($NaCl$) med sine kubiske krystaller og salte smak, og til slutt de mest løselige saltene. En siste kjemisk bergart er chert eller flint -- mikrokrystallinsk kvarts som er svært hard og har muslig brudd.

Biogene bergarter er dannet av organisk materiale fra levende organismer. Biogen kalkstein bygges av skall og skjeletter fra marine dyr -- korallrev, skjell og foraminiferer -- og en spesiell variant er kritt, laget av mikroskopiske alger kalt kokkolitter. Kull dannes av plantemateriale som hoper seg opp i myrer, og gjennomgår en utvikling med økende trykk og temperatur: fra torv til brunkull (lignitt), videre til steinkull og til slutt antrasitt, som er hardest og har høyest energiinnhold. Petroleum dannes av marine mikroorganismer som begraves og varmes opp over millioner av år, før det migrerer til en reservoarbergart, ofte sandstein.

Steinens skriftspråk: strukturer og fossiler

Sedimentære bergarter bærer på spor som lar oss lese avsetningsmiljøet -- som et skriftspråk skrevet i stein.

Lagdelingen sier mye. Horisontal lagdeling tyder på rolige forhold og dypt vann. Kryssjiktning -- skrå lag inni hverandre -- dannes av strømmende vann eller vind, som ved deltaer og sanddyner. Gradert lagdeling, med grovt materiale i bunnen og fint på toppen, er typisk for turbiditter. På overflatene finner vi bølgemerker (rippelmerker) etter vann- eller vindstrømmer, og tørkesprekker etter at leire har tørket ut.

De kanskje mest fascinerende sporene er fossilene -- rester eller spor etter fortidens liv bevart i berget. Spesielt nyttige er ledefossilene, som brukes til å datere bergarter. Et godt ledefossil levde i en kort geologisk periode og var samtidig geografisk utbredt. Trilobitter fra paleozoikum og ammonitter fra mesozoikum er klassiske eksempler.

La oss lese en bergart. Tenk deg en sandstein med kryssjiktning i lag på rundt 30 cm, og over den en leirstein full av fossiler etter marine skjell. Kryssjiktningen forteller om strømmende vann med moderat styrke -- sannsynligvis et elvedelta eller en tidevannslette. Leirsteinen over forteller om rolige forhold og lav energi, og de marine skjellene om et havmiljø. Overgangen fra sandstein til marin leirstein viser at havnivået steg og oversvømte området -- en transgresjon. Området var altså først et delta, og ble senere oversvømt av havet.

Oppsummering

Sedimentære bergarter dannes i fire trinn: forvitring, transport, avsetning og diagenese (kompaksjon og sementering). Klastiske bergarter bygges av fragmenter og klassifiseres etter kornstørrelse -- fra konglomerat og sandstein til leirstein. Kjemiske bergarter som kalkstein og evaporitter (gips, steinsalt) felles ut fra vann, og biogene bergarter som kalkstein, kull og petroleum stammer fra organisk materiale.

Sedimentære strukturer -- lagdeling, kryssjiktning, bølgemerker -- og ikke minst fossiler og ledefossiler lar oss lese avsetningsmiljøet og datere bergartene. Slik kan vi, som med eksempelet på en transgresjon, rekonstruere fortidens landskap fra steinen alene.