GESTEENTEN EN GESTEENTEVORMING: deel 1
Gesteente of steen is het vaste(1), consistente(2) materiaal dat in de ondergrond onder de bodem ligt. Een gesteente is opgebouwd uit fragmenten, die klasten(3) worden genoemd, of uit mineralen. De aarde is, evenals de maan en sommige planeten, opgebouwd uit gesteenten.
Gesteenten zijn aggregaten(4). Als een gesteente uit één mineraal bestaat is het monomineraal. Een andere definitie is: gesteenten is natuurlijk gevormde minerale materie, zoals die voorkomt in de aardkorst. Onder gesteenten vallen dus zowel vaste gesteenten, zoals graniet, zandsteen, kwartsiet enz, als los gesteente, zoals zand, grind, klei, enz.
Petrologie(5) is de studie van gesteenten, hun ontstaan, hun eigenschappen, veranderingen en verwering. Petrografie(6) is de beschrijving en classificatievan gesteenten. Petra = steen, graphein = schrijven.
De petroloog of petrograaf of de gesteentekundige zal vooral gesteenten bestuderen, om de geologische geschiedenis van de aarde of delen ervan te achterhalen. Hij levert zijn bijdrage onder meer aan de kennis omtrent geologische omstandigheden in de verschillende geologische perioden.
Extra uitleg over het begrip geteente, klik hier.
1. Vaste stof
Een vaste stof is een stof in de vaste aggregatietoestand. Alle voorwerpen bestaan minstens voor een deel uit vaste stoffen, daardoor kan men ze beetpakken. Voorbeelden van vaste stoffen zijn dus metaal, plastic, textiel en aardewerk. In de natuur komen vaste stoffen voor in de vorm van stenen, maar ook plantaardig materiaal is vaak vast. Zand bestaat uit heel kleine stukjes steen en is dus ook een vaste stof.
Natuurkundig gezien bestaan vaste stoffen uit atomen, die een vaste positie ten opzichte van elkaar innemen. Dat kan zijn in een regelmatig kristalrooster, of in een onregelmatige structuur zoals de structuur van glas. Organische stoffen zoals bv. het botweefsel, hebben weer andere inwendige structuren. Bloed bv. is vloeibaar maar bevat overigens veel vaste deeltjes: de bloedcellen.
Vaste stoffen worden in de natuurkunde bestudeerd in de vastestoffysica.
Een vaste stof vertoont een veel grotere weerstand tegen vervorming dan een vloeistof of een gas. Onder hoge belastingen kan de stof wel elastisch dan wel blijvend, niet-elastisch vervormen, of zelfs breken. Bij materiaal dat uit korrels of andersoortige losse delen bestaat kan, bv. bij zijdelingse belasting liquefactie (Het proces waarbij een granulaire vaste stof (bodem) de eigenschappen aanneemt van een vloeistof ten gevolge van een toename in poriëndruk en een afname in spanning. De vaste bodem verliest met andere woorden zijn cohesie en begint te stromen als een vloeistof.) optreden, vooral als het geheel gemengd is met een vloeistof. De korrels hebben dan geen grip meer op elkaar en het geheel gaat zich gedragen als een vloeistof. Drijfzand, sommige lawines en aardverschuivingen maar ook het bijna weerstandloos glijden van een schaatser zijn verschijnselen waarbij liquefactie optreedt.
Sommige vaste stoffen drijven op water, andere zinken. Dit heeft te maken met de dichtheid. Als deze hoger is dan die van water (1000 kg/m3) zal de vaste stof zinken. De zwaarste vaste stoffen zijn metalen zoals uranium, met een dichtheid van 18950 kg/m3. De lichtste vaste stof is door mensen gemaakt en heet aerogel, dit heeft een dichtheid van 1.9 kg/m3, dus 526 keer zo licht als water. Hierbij is de vaste stof echter gemengd met een gas. Dit geldt ook voor kurk maar veel minder voor balsahout dat een dichtheid van 40 tot maximaal 300 kg/m3 kan hebben.
Een andere opvallende eigenschap van vaste stoffen is de elektrische geleiding. Metalen zijn elektrisch geleidend, veel andere stoffen, zoals kunststoffen, hout en steen zijn dat niet of nauwelijks. Ook hebben de verschillende stoffen een andere mate van warmtegeleiding.
2. Consistentie
Onder consistentie wordt in de bodemkunde verstaan de mate van samenhang tussen bodemdeeltjes. Consistentie kan men voelen met de vingers door een klomp bodemmateriaal fijn te drukken. De consistentie kan worden waargenomen in natte, vochtige en droge toestand. In de grondmechanica wordt consistentie uitgedrukt in Atterbergwaarden. De Atterbergwaarden (of consistentiewaarden of plasticiteitsindex PI ) karakteriseren de plasticiteit van de grond, uitgedrukt in het watergetal (w).
Termen die gewoonlijk worden gebruikt voor consistentie in de (veld)bodemkunde zijn:- Grond in natte toestand: Plasticiteit (Plasticity): het kenmerk dat de grond in natte toestand gemakkelijk met enige druk kan worden vervormd, te testen door tussen de vingers een rolletje te draaien.
- Kleverigheid (Stickiness): de eigenschap dat bodemmateriaal kleeft aan ander objecten.
Grond in vochtige toestand: Loose: onsamenhangend- Very friable: grond kan gemakkelijk tussen duim en wijsvinger worden samengedrukt.
- Friable: grond is gemakkelijk tussen duim en wijsvinger samen te drukken.
- Firm: er is enige druk nodig om grond tussen duim en wijsvinger samen te drukken, weerstand is voelbaar.
- Very firm: grond kan nauwelijks tussen duim en wijsvinger worden samengedrukt.
- Extremely firm: grond kan niet tussen duim en wijsvinger worden samengedrukt, maar alleen in stukken worden gebroken.
Grond in droge toestand: Loose: onsamenhangend- Soft: grond vervalt gemakkelijk tot poeder of kleine korrels bij druk tussen duim en wijsvinger.
- Slightly hard: grond kan gemakkelijk tussen duim en wijsvinger worden gebroken.
- Hard: grond is vrij resistent tegen druk, kan met moeite tussen duim en wijsvinger worden gebroken.
- Very hard: materiaal dat niet tussen duim en wijsvinger, maar wel tussen de handen kan worden verkruimeld.
- Extremely hard: hard materiaal dat niet tussen de handen kan worden verkruimeld.
3. Klast
Een klast is in de petrologie (gesteentekunde) en sedimentologie een brokstuk van een gesteente, dat in een sediment of een ander gesteente is geïncorporeerd. Een klast kan een groot brokstuk of een afgeronde kei zijn, maar ook deeltjes klei of silt worden klasten genoemd. In de sedimentologie wordt ook vaak de term korrel gebruikt.
Klik op klastische gesteenten voor extra uitleg.
Gesteenten die uit klasten bestaan worden klastische gesteenten genoemd. Veel sedimentaire gesteenten zoals conglomeraat, zandsteen of schalie bestaan uit klasten. Deze klasten zijn gevormd door erosie en verwering van gesteente, en zijn daarna door een rivier of de wind meegenomen om elders te sedimenteren. In een rivier of op een strand zullen klasten door de beweging van het water rond geslepen worden, waarbij ze op korrelgrootte worden gesorteerd.
Ook als een gesteente is opgebroken en weer aan elkaar gecementeerd spreekt men van klasten. Behalve door sedimentaire processen als golfwerking kunnen dit soort klasten ontstaan door het opbreken (verbreccieën) van gesteente bij het ontstaan van breuken of aders, of het intruderen van magma. Klasten ontstaan ook door schuif in gesteenten op grotere diepte, dit noemt men porfyroklasten.
Sedimentaire klasten worden ingedeeld op korrelgrootte en mineralogische samenstelling. Zand, silt en grind bestaat uit kwarts, veldspaat en andere silicaatmineralen. Deze mineralen worden siliclastica genoemd. Klei bestaat uit kleimineralen. Sedimenten als leem en löss bestaan uit mengsels van siliclastica en kleimineralen. Mergel is een mengsel van siliclastica en kalkdeeltjes.
4. Aggregaat
In de mineralogie en kristallografie duidt de term aggregaat (van het Latijnse aggredi: naderen, gaan naar) op een samengroeisel van kristallen van hetzelfde mineraal. De standen van de afzonderlijke kristallen zijn willekeurig, maar de vorm van het aggregaat is afhankelijk van de soort mineraal. Voorbeelden van aggregaten zijn de bergkristalvergroeiingen, en de gipsrozetten uit de Gelderse Achterhoek. In een iets andere context zijn gesteenten aggregaten van mineralen en andere natuurlijk vaste stoffen.
5. Petrologie
Is een onderzoeksgebied binnen de geologie dat zich richt op het bestuderen van de samenstelling van gesteenten en de omstandigheden waaronder deze zijn ontstaan. Er zijn drie subdisciplines binnen de petrologie, overeenkomstig met de drie gesteente-typen: stollingsgesteente, metamorf gesteente en afzettingsgesteente:- Stollingspetrologie richt zich op het ontstaan van rotsen van gekristalliseerd magma
- Metamorfe petrologie richt zich op de veranderingen die een rots ondervindt ten gevolge van druk en temperatuur
- Afzettingspetrologie richt zich op de processen waarbij het afzettingsgesteente gevormd wordt
Petrologie maakt gebruik van het klassieke vlak van de mineralogie, microscopische petrografie en chemische analyses, voor het beschrijven van de samenstelling en de structuur van gesteenten. Moderne petrologen gebruiken ook de principes van de geochemie en de geofysica door het bestuderen van geochemische trends en cycli en het gebruik van thermodynamische gegevens en experimenten om de oorsprong van gesteenten beter te kunnen begrijpen.
6. Petrografie
Is het vakgebied binnen de geologie dat zich bezighoudt met de gedetailleerde beschrijving van gesteenten. Een gesteente kan petrografisch beschreven worden door de mineralogie, interne structuren, textuur en opbouw in gesteenten. Daarbij horen ook de onderlinge verhoudingen en relatieve ouderdom van de verschillende mineralen, texturen en structuren.
De petrografische beschrijving van een gesteente begint in het veld, waar een onsluiting van gesteente omschreven wordt. Stukken gesteente kunnen meegenomen worden naar een laboratorium waar slijpplaatjes van het gesteente onder een polarisatiemicroscoop bekeken kunnen worden. Door technieken als elektronenstraalmicroanalyse (Techniek in de microanalytische chemie waarbij een nauwkeurig afgestemde elektronenstraal wordt gebruikt om een röntgen-spectrum op te wekken.), röntgenfluorescentiespectrometrie of laserablatie (Bij laserableren wordt er materiaal verwijderd d.m.v. zeer korte pulsen (10 ns tot 1 ms) en hoge piekvermogens (tot circa 10 MW) en is daarmee een microbewerking. De laserenergie is dermate hoog dat het bestraalde materiaal niet alleen wordt opgewarmd, maar ook worden de chemische verbindingen in het materiaal verbroken. Deze interactie wordt ablatie genoemd. Het gevolg hiervan is dat er nauwelijks thermische spanningen in het te bewerken materiaal optreden. Nd:Yag lasers kunnen toegepast worden voor deze bewerkingen.) kan de chemische samenstelling van het gehele gesteente, individuele mineralen of insluitsels gemeten worden.
Chemisch gezien bestaat de aardkorst hoofdzakelijk uit zuurstof = O en silicium = Si. Acht elementen zijn elk voor meer dan 1% aanwezig, te weten:
O = zuurstof Si = silicium Al = aluminium Fe = ijzer Ca = calcium Na = natrium K = kalium Mg = magnesium
Zij maken samen 98.5% van de aardkorst uit. Zuurstof neemt 90% van het volume van de aardkorst in, doordat het overgrote deel van de bestanddelen bestaat uit oxiden.
In het eerste stadium van de wordingsgeschiedenis van de aarde was er nog geen sprake van gesteenten. Nadat er een min of meer vloeibare massa, het magma was ontstaan vormden zich hieruit door stolling de eerste vaste gesteenten. Deze zijn al direct onderworpen aan beïnvloeding door hun omgeving als temperatuur, druk, chemisch milieu enz. Sindsdien worden er voortdurend gesteenten gevormd, veranderd, afgebroken en opnieuw gevormd. Nabij de aardoppervlakte kunnen gesteenten verweren en uiteenvallen. De verweringsdeeltjes kunnen door transport worden verplaatst en elders worden gesedimenteerd. Plaatselijk kunnen deze sedimenten weer vast gesteente worden. Onder extreme omstandigheden kan gesteente weer smelten en in magma worden opgenomen. De genoemde processen kunnen zich in verschillende omstandigheden in vrijwel iedere combinatie en volgorde voordoen.
Gesteenten worden ingedeeld in:
1. stollingsgesteenten of magmatisch gesteente (ontstaan door stolling van magma).
2. sedimentgesteenten of afzettingsgesteenten (aan of bij de oppervlakte ontstaan door bezinking uit water of lucht of door neerslag uit een chemische oplossing).
3. metamorfe gesteenten (ontstaan door rekristallisatie of metamorfose, meestal op grote diepte).
4. overige gesteenten. vb. buitenaardse gesteenten.
De gesteentecyclus: 1 = magma (vloeibaar gesteente); 2 = stolling en kristallisatie; 3 = stollingsgesteente; 4 = erosie en verwering; 5 = sedimentatie; 6 = sediment en sedimentair gesteente; 7 = rekristallisatie en metamorfose; 8 = metamorf gesteente; 9 = (partieel) smelten.
Stollingsgesteenten of Magmatische gesteenten
Magmatische gesteenten (ook stollingsgesteenten, kristallijne gesteenten of endogene gesteenten genoemd) ontstaan door de stolling van het magma dat doorheen scheuren in de aardkorst naar boven komt en het oppervlak bereikt als gesmolten massa (vulkanisme). Na afkoeling, bevindt het magma zich in de ondergrondse ruimten die het tijdens zijn stijging heeft gevuld (plutonisch gesteente of intrusiegesteente of dieptegesteente) of komt het voor onder de vorm van lagen die zich op het aardoppervlak hebben uitgespreid (uitvloeiingsgesteente - vulkanischgesteente - extrusiegesteenten ) of effusiefgesteenten ook pyroclastisch gesteente genoemd.
De classificatie van stollingsgesteenten steunt op diverse criteria: - de vormingswijze, die de textuur bepaalt;
- commerciële classificatie de mineralogische en/of chemische samenstelling, die de aanwezige kristallen bepaalt;
- microscopische classificatie.
Zie ook "Het Wetenschappelijk en Technisch Centrum voor het Bouwbedrijf". Klik hier.
De magmatische gesteenten vormen het grootste deel van het volume van de aardkorst. De sedimentaire gesteenten vertegenwoordigen op hun beurt het grootste deel van de oppervlakte van de korst.
Sedimentaire gesteenten
De sedimentaire gesteenten vormen 75 % van de gesteenten aangetroffen op het aardoppervlak. Ze zijn ontstaan door de afzetting van afbraakmaterialen, residuaire, colloïdale of opgeloste materialen, die door het water werden meegevoerd en afkomstig zijn van de meteorische verwering van reeds aanwezige stollingsgesteenten, metamorfe of sedimentaire gesteenten. Onder invloed van diverse factoren werden aanvankelijk losse sedimentaire afzettingen vaak geconsolideerd door vasthechting van de korrels.
Vier processen leiden tot de vorming van sedimentaire gesteenten:- verwering en erosie van de materialen aan de oppervlakte, waardoor losse partikels gevormd worden;
- transport van deze deeltjes via waterlopen, wind of ijs, waardoor de partikels meegenomen worden tot in het afzettingsmilieu.
- Sedimentatie, waardoor de partikels afgezet worden in een gegeven milieu om er een sediment te vormen;
- diagenese, waardoor het sediment omgezet wordt in een afzettingsgesteente.
Terrigeen is een term uit de sedimentologie en oceanografie, die gebruikt wordt voor sediment dat oorspronkelijk afkomstig is van het land (dat wil zeggen uit een terrestrisch afzettingsmilieu). Terrigene sedimenten worden gevormd door de erosie van gesteenten op het land. Door rivieren wordt het erosiemateriaal (in de vorm van zand, silt of klei) naar zee gebracht. Mariene sedimenten kunnen worden verdeeld in terrigene en pelagische sedimenten, waarbij terrigene sedimenten meestal niet voorkomen buiten het continentaal plat en de continentale helling.
Allochemisch: de chemische samenstelling verandert.
Isochemisch: de chemische samenstelling blijft behouden, het kristalstelsel verandert wel.
De groep van sedimentaire gesteenten omvat voornamelijk de detritische gesteenten en de fysico-chemische of biogene gesteenten.
Het hoofdkenmerk van sedimentaire gesteenten is dat ze doorgaans afgezet zijn in evenwijdige lagen (gelaagde afzettingen in opeenvolgende bedden of strata) met variabele dikte en samenstelling. Iedere laag is van de aangrenzende gescheiden door een onderbroken oppervlak, ‘laagvlak’ genoemd. Gelaagde gesteenten breken veel gemakkelijker volgens deze vlakken. De gelaagdheid komt tot uiting door verschillen in kleur, samenstelling, korrelgrootte en textuur.
De tint van een sedimentair gesteente kan te wijten zijn aan de kleur van de samenstellende mineralen, alsook aan de aard, concentratie en verspreidingswijze van bepaalde pigmenten die fijn verdeeld en verstrooid zijn in de massa van het gesteente. Buiten glauconiet en chloriet, die het gesteente donkergroen kleuren, bevatten sedimentaire gesteenten doorgaans slechts weinig gekleurde mineralen.
Metamorfe gesteenten
Metamorfe gesteenten ontstaan door de transformatie van sedimentaire gesteenten, andere metamorfe gesteenten of stollingsgesteenten, onder invloed van diverse factoren waaronder temperatuur en/of druk. Dit leidt tot een fysicochemische herschikking van de elementen, soms met een grote verandering van hun mineralogische samenstelling (kristallisatie van nieuwe mineralen, nieuwgevormde mineralen genoemd) en van hun uitzicht (bijzondere textuur en structuur) tot gevolg. De wijzigingen zijn verschillend naargelang ze te wijten zijn aan het contact tussen smeltende gesteenten (hoge temperaturen, wisselende drukken), aan de toevoeging van vreemde materialen (ertsvormende stoffen) of aan een plaatselijk wegzinken in de aardkorst (regionale metamorfose).
Gesteenten zijn aggregaten(4). Als een gesteente uit één mineraal bestaat is het monomineraal. Een andere definitie is: gesteenten is natuurlijk gevormde minerale materie, zoals die voorkomt in de aardkorst. Onder gesteenten vallen dus zowel vaste gesteenten, zoals graniet, zandsteen, kwartsiet enz, als los gesteente, zoals zand, grind, klei, enz.
Petrologie(5) is de studie van gesteenten, hun ontstaan, hun eigenschappen, veranderingen en verwering. Petrografie(6) is de beschrijving en classificatievan gesteenten. Petra = steen, graphein = schrijven.
De petroloog of petrograaf of de gesteentekundige zal vooral gesteenten bestuderen, om de geologische geschiedenis van de aarde of delen ervan te achterhalen. Hij levert zijn bijdrage onder meer aan de kennis omtrent geologische omstandigheden in de verschillende geologische perioden.
Natuurkundig gezien bestaan vaste stoffen uit atomen, die een vaste positie ten opzichte van elkaar innemen. Dat kan zijn in een regelmatig kristalrooster, of in een onregelmatige structuur zoals de structuur van glas. Organische stoffen zoals bv. het botweefsel, hebben weer andere inwendige structuren. Bloed bv. is vloeibaar maar bevat overigens veel vaste deeltjes: de bloedcellen.
Vaste stoffen worden in de natuurkunde bestudeerd in de vastestoffysica.
Een vaste stof vertoont een veel grotere weerstand tegen vervorming dan een vloeistof of een gas. Onder hoge belastingen kan de stof wel elastisch dan wel blijvend, niet-elastisch vervormen, of zelfs breken. Bij materiaal dat uit korrels of andersoortige losse delen bestaat kan, bv. bij zijdelingse belasting liquefactie (Het proces waarbij een granulaire vaste stof (bodem) de eigenschappen aanneemt van een vloeistof ten gevolge van een toename in poriëndruk en een afname in spanning. De vaste bodem verliest met andere woorden zijn cohesie en begint te stromen als een vloeistof.) optreden, vooral als het geheel gemengd is met een vloeistof. De korrels hebben dan geen grip meer op elkaar en het geheel gaat zich gedragen als een vloeistof. Drijfzand, sommige lawines en aardverschuivingen maar ook het bijna weerstandloos glijden van een schaatser zijn verschijnselen waarbij liquefactie optreedt.
Sommige vaste stoffen drijven op water, andere zinken. Dit heeft te maken met de dichtheid. Als deze hoger is dan die van water (1000 kg/m3) zal de vaste stof zinken. De zwaarste vaste stoffen zijn metalen zoals uranium, met een dichtheid van 18950 kg/m3. De lichtste vaste stof is door mensen gemaakt en heet aerogel, dit heeft een dichtheid van 1.9 kg/m3, dus 526 keer zo licht als water. Hierbij is de vaste stof echter gemengd met een gas. Dit geldt ook voor kurk maar veel minder voor balsahout dat een dichtheid van 40 tot maximaal 300 kg/m3 kan hebben.
Een andere opvallende eigenschap van vaste stoffen is de elektrische geleiding. Metalen zijn elektrisch geleidend, veel andere stoffen, zoals kunststoffen, hout en steen zijn dat niet of nauwelijks. Ook hebben de verschillende stoffen een andere mate van warmtegeleiding.
Termen die gewoonlijk worden gebruikt voor consistentie in de (veld)bodemkunde zijn:
- Grond in natte toestand: Plasticiteit (Plasticity): het kenmerk dat de grond in natte toestand gemakkelijk met enige druk kan worden vervormd, te testen door tussen de vingers een rolletje te draaien.
- Kleverigheid (Stickiness): de eigenschap dat bodemmateriaal kleeft aan ander objecten.
Grond in vochtige toestand: Loose: onsamenhangend
- Very friable: grond kan gemakkelijk tussen duim en wijsvinger worden samengedrukt.
- Friable: grond is gemakkelijk tussen duim en wijsvinger samen te drukken.
- Firm: er is enige druk nodig om grond tussen duim en wijsvinger samen te drukken, weerstand is voelbaar.
- Very firm: grond kan nauwelijks tussen duim en wijsvinger worden samengedrukt.
- Extremely firm: grond kan niet tussen duim en wijsvinger worden samengedrukt, maar alleen in stukken worden gebroken.
Grond in droge toestand: Loose: onsamenhangend
- Soft: grond vervalt gemakkelijk tot poeder of kleine korrels bij druk tussen duim en wijsvinger.
- Slightly hard: grond kan gemakkelijk tussen duim en wijsvinger worden gebroken.
- Hard: grond is vrij resistent tegen druk, kan met moeite tussen duim en wijsvinger worden gebroken.
- Very hard: materiaal dat niet tussen duim en wijsvinger, maar wel tussen de handen kan worden verkruimeld.
- Extremely hard: hard materiaal dat niet tussen de handen kan worden verkruimeld.
Klik op klastische gesteenten voor extra uitleg.
Gesteenten die uit klasten bestaan worden klastische gesteenten genoemd. Veel sedimentaire gesteenten zoals conglomeraat, zandsteen of schalie bestaan uit klasten. Deze klasten zijn gevormd door erosie en verwering van gesteente, en zijn daarna door een rivier of de wind meegenomen om elders te sedimenteren. In een rivier of op een strand zullen klasten door de beweging van het water rond geslepen worden, waarbij ze op korrelgrootte worden gesorteerd.
Ook als een gesteente is opgebroken en weer aan elkaar gecementeerd spreekt men van klasten. Behalve door sedimentaire processen als golfwerking kunnen dit soort klasten ontstaan door het opbreken (verbreccieën) van gesteente bij het ontstaan van breuken of aders, of het intruderen van magma. Klasten ontstaan ook door schuif in gesteenten op grotere diepte, dit noemt men porfyroklasten.
Sedimentaire klasten worden ingedeeld op korrelgrootte en mineralogische samenstelling. Zand, silt en grind bestaat uit kwarts, veldspaat en andere silicaatmineralen. Deze mineralen worden siliclastica genoemd. Klei bestaat uit kleimineralen. Sedimenten als leem en löss bestaan uit mengsels van siliclastica en kleimineralen. Mergel is een mengsel van siliclastica en kalkdeeltjes.
- Stollingspetrologie richt zich op het ontstaan van rotsen van gekristalliseerd magma
- Metamorfe petrologie richt zich op de veranderingen die een rots ondervindt ten gevolge van druk en temperatuur
- Afzettingspetrologie richt zich op de processen waarbij het afzettingsgesteente gevormd wordt
Petrologie maakt gebruik van het klassieke vlak van de mineralogie, microscopische petrografie en chemische analyses, voor het beschrijven van de samenstelling en de structuur van gesteenten. Moderne petrologen gebruiken ook de principes van de geochemie en de geofysica door het bestuderen van geochemische trends en cycli en het gebruik van thermodynamische gegevens en experimenten om de oorsprong van gesteenten beter te kunnen begrijpen.
De petrografische beschrijving van een gesteente begint in het veld, waar een onsluiting van gesteente omschreven wordt. Stukken gesteente kunnen meegenomen worden naar een laboratorium waar slijpplaatjes van het gesteente onder een polarisatiemicroscoop bekeken kunnen worden. Door technieken als elektronenstraalmicroanalyse (Techniek in de microanalytische chemie waarbij een nauwkeurig afgestemde elektronenstraal wordt gebruikt om een röntgen-spectrum op te wekken.), röntgenfluorescentiespectrometrie of laserablatie (Bij laserableren wordt er materiaal verwijderd d.m.v. zeer korte pulsen (10 ns tot 1 ms) en hoge piekvermogens (tot circa 10 MW) en is daarmee een microbewerking. De laserenergie is dermate hoog dat het bestraalde materiaal niet alleen wordt opgewarmd, maar ook worden de chemische verbindingen in het materiaal verbroken. Deze interactie wordt ablatie genoemd. Het gevolg hiervan is dat er nauwelijks thermische spanningen in het te bewerken materiaal optreden. Nd:Yag lasers kunnen toegepast worden voor deze bewerkingen.) kan de chemische samenstelling van het gehele gesteente, individuele mineralen of insluitsels gemeten worden.
| O = zuurstof | Si = silicium |
| Al = aluminium | Fe = ijzer |
| Ca = calcium | Na = natrium |
| K = kalium | Mg = magnesium |
Zij maken samen 98.5% van de aardkorst uit. Zuurstof neemt 90% van het volume van de aardkorst in, doordat het overgrote deel van de bestanddelen bestaat uit oxiden.
In het eerste stadium van de wordingsgeschiedenis van de aarde was er nog geen sprake van gesteenten. Nadat er een min of meer vloeibare massa, het magma was ontstaan vormden zich hieruit door stolling de eerste vaste gesteenten. Deze zijn al direct onderworpen aan beïnvloeding door hun omgeving als temperatuur, druk, chemisch milieu enz. Sindsdien worden er voortdurend gesteenten gevormd, veranderd, afgebroken en opnieuw gevormd. Nabij de aardoppervlakte kunnen gesteenten verweren en uiteenvallen. De verweringsdeeltjes kunnen door transport worden verplaatst en elders worden gesedimenteerd. Plaatselijk kunnen deze sedimenten weer vast gesteente worden. Onder extreme omstandigheden kan gesteente weer smelten en in magma worden opgenomen. De genoemde processen kunnen zich in verschillende omstandigheden in vrijwel iedere combinatie en volgorde voordoen.
Gesteenten worden ingedeeld in:
1. stollingsgesteenten of magmatisch gesteente (ontstaan door stolling van magma).
2. sedimentgesteenten of afzettingsgesteenten (aan of bij de oppervlakte ontstaan door bezinking uit water of lucht of door neerslag uit een chemische oplossing).
3. metamorfe gesteenten (ontstaan door rekristallisatie of metamorfose, meestal op grote diepte).
4. overige gesteenten. vb. buitenaardse gesteenten.
De gesteentecyclus: 1 = magma (vloeibaar gesteente); 2 = stolling en kristallisatie; 3 = stollingsgesteente; 4 = erosie en verwering; 5 = sedimentatie; 6 = sediment en sedimentair gesteente; 7 = rekristallisatie en metamorfose; 8 = metamorf gesteente; 9 = (partieel) smelten.
Stollingsgesteenten of Magmatische gesteenten
Magmatische gesteenten (ook stollingsgesteenten, kristallijne gesteenten of endogene gesteenten genoemd) ontstaan door de stolling van het magma dat doorheen scheuren in de aardkorst naar boven komt en het oppervlak bereikt als gesmolten massa (vulkanisme). Na afkoeling, bevindt het magma zich in de ondergrondse ruimten die het tijdens zijn stijging heeft gevuld (plutonisch gesteente of intrusiegesteente of dieptegesteente) of komt het voor onder de vorm van lagen die zich op het aardoppervlak hebben uitgespreid (uitvloeiingsgesteente - vulkanischgesteente - extrusiegesteenten ) of effusiefgesteenten ook pyroclastisch gesteente genoemd.
De classificatie van stollingsgesteenten steunt op diverse criteria:
- de vormingswijze, die de textuur bepaalt;
- commerciële classificatie de mineralogische en/of chemische samenstelling, die de aanwezige kristallen bepaalt;
- microscopische classificatie.
Sedimentaire gesteenten
De sedimentaire gesteenten vormen 75 % van de gesteenten aangetroffen op het aardoppervlak. Ze zijn ontstaan door de afzetting van afbraakmaterialen, residuaire, colloïdale of opgeloste materialen, die door het water werden meegevoerd en afkomstig zijn van de meteorische verwering van reeds aanwezige stollingsgesteenten, metamorfe of sedimentaire gesteenten. Onder invloed van diverse factoren werden aanvankelijk losse sedimentaire afzettingen vaak geconsolideerd door vasthechting van de korrels.
Vier processen leiden tot de vorming van sedimentaire gesteenten:
- verwering en erosie van de materialen aan de oppervlakte, waardoor losse partikels gevormd worden;
- transport van deze deeltjes via waterlopen, wind of ijs, waardoor de partikels meegenomen worden tot in het afzettingsmilieu.
- Sedimentatie, waardoor de partikels afgezet worden in een gegeven milieu om er een sediment te vormen;
- diagenese, waardoor het sediment omgezet wordt in een afzettingsgesteente.
Terrigeen is een term uit de sedimentologie en oceanografie, die gebruikt wordt voor sediment dat oorspronkelijk afkomstig is van het land (dat wil zeggen uit een terrestrisch afzettingsmilieu). Terrigene sedimenten worden gevormd door de erosie van gesteenten op het land. Door rivieren wordt het erosiemateriaal (in de vorm van zand, silt of klei) naar zee gebracht. Mariene sedimenten kunnen worden verdeeld in terrigene en pelagische sedimenten, waarbij terrigene sedimenten meestal niet voorkomen buiten het continentaal plat en de continentale helling.
Allochemisch: de chemische samenstelling verandert.
Isochemisch: de chemische samenstelling blijft behouden, het kristalstelsel verandert wel.
De groep van sedimentaire gesteenten omvat voornamelijk de detritische gesteenten en de fysico-chemische of biogene gesteenten.
Het hoofdkenmerk van sedimentaire gesteenten is dat ze doorgaans afgezet zijn in evenwijdige lagen (gelaagde afzettingen in opeenvolgende bedden of strata) met variabele dikte en samenstelling. Iedere laag is van de aangrenzende gescheiden door een onderbroken oppervlak, ‘laagvlak’ genoemd. Gelaagde gesteenten breken veel gemakkelijker volgens deze vlakken. De gelaagdheid komt tot uiting door verschillen in kleur, samenstelling, korrelgrootte en textuur.
De tint van een sedimentair gesteente kan te wijten zijn aan de kleur van de samenstellende mineralen, alsook aan de aard, concentratie en verspreidingswijze van bepaalde pigmenten die fijn verdeeld en verstrooid zijn in de massa van het gesteente. Buiten glauconiet en chloriet, die het gesteente donkergroen kleuren, bevatten sedimentaire gesteenten doorgaans slechts weinig gekleurde mineralen.
Metamorfe gesteenten
Metamorfe gesteenten ontstaan door de transformatie van sedimentaire gesteenten, andere metamorfe gesteenten of stollingsgesteenten, onder invloed van diverse factoren waaronder temperatuur en/of druk. Dit leidt tot een fysicochemische herschikking van de elementen, soms met een grote verandering van hun mineralogische samenstelling (kristallisatie van nieuwe mineralen, nieuwgevormde mineralen genoemd) en van hun uitzicht (bijzondere textuur en structuur) tot gevolg. De wijzigingen zijn verschillend naargelang ze te wijten zijn aan het contact tussen smeltende gesteenten (hoge temperaturen, wisselende drukken), aan de toevoeging van vreemde materialen (ertsvormende stoffen) of aan een plaatselijk wegzinken in de aardkorst (regionale metamorfose).
