12/4/2014 Arizona ~ Petrified forest ~ SEDIMENTOLOGIJA 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin UVOD Sedimentne kamnine nastajajo pri nizkih T in P na Zemeljskem površju (za razliko od magmatskih in metamorfnih kamnin ki nastajajo pri znatno višjih P-T pogojih; izjema: vulkanske kamnine) Sedimentne kamnine značilno nastopajo v plasteh (psevdoplasti se lahko razvijejo tudi v nekaterih vulkanskih in metamorfnih kamninah). VPRAŠANJE: Kakšna je razlika med vulkanskimi in plutonskimi kamninami? Poišči obstoječe sinonime! SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin 1 12/4/2014 UVOD Lastnosti na podlagi katerih spoznamo sedimentne kamnine: specifična tekstura in struktura mineralna in kemična sestava prisotnost fosilnega materiala SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin IZVORNE KAMNINE IN KAMNINSKI CIKEL IZVORNE KAMNINE različne starejše kamnine: magmatske in/ali metamorfne in/ali sedimentne kamnine z razpadom ustvarijo material za nastanekk sedimentnih kamnin posameni minerali koščki/drobci kamnin različnih velikosti raztopine SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin 2 12/4/2014 MINERALI DROBCI KAMNIN SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin VELIKOSTNI RAZREDI – GRANULOMETRIJSKA KLASIFIKACIJA (Blott & Pye, 2012) SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin 3 12/4/2014 VULKANOGENI MEATERIAL EKSPLOZIVNI VULKANIZEM lahko prispeva velike količine piroklastičnega materiala: glinenci, delci vulkanskih kamnin, vulkansko steklo Mt. St. Helens ~ Washington ~ SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin VULKANOGENI MEATERIAL EKSPLOZIVNI VULKANIZEM lahko prispeva velike količine piroklastičnega materiala: glinenci, delci vulkanskih kamnin, vulkansko steklo Mt. St. Helens ~ Washington ~ IZVOR MATERIALA ZA TVORBO SEDIMENTNIH KAMNIN • • delci nastali s preperevanjem različnih izvornih kamnin, ki so bile izpostavljene površinskim pogojem vulkanogeni delci nastali pri eksplozivnem vulkanizmu PIROKLASTIČNI MATERIAL SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin 4 12/4/2014 NASTANEK SEDIMENTNIH KAMNIN SEDIMENTNI DEL KAMNINSKEGA CIKLA procesi udeleženi pri nastanku zaporedja sedimentnih kamnin SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin PREPEREVANJE PREPEREVANJE fi in ke razpadanje kamnin nastanek REGOLITA (plasti nesprijetega materiala, ki je na voljo za vključitev v transportni medij in nadaljni transport) produkti preperevanja zrna sekundarni minerali glineni minerali (bentonit, montmorillonit, ...) Fe-oksidi (hematit, ...) topne sestavine/ioni silikatni minerali (kremen, glinenci, muskovit, ...) drobci kamnin = litična zrna (granit, bazalt, skrilavec, ...) Ca, K, Na, Mg, Si površinske in talne vode jih kontinuirano odnašajo (končni cilj: ocean) vrste preperevanja: fizikalno, (bio)kemično “URADNA” DEFINICIJA: Preperevanje predstavljajo fizikalni, kemični in biološki procesi, ki spreminjajo fizikalne in kemične lastnosti kamnin (ali tal) in delujejo na Zemeljskem površju ali v njegovi neposredni bližini. SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin 5 12/4/2014 PREPEREVANJE Glavni PROCESI in KONTROLNI DEJAVNIKI preperevanja SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin PREPEREVANJE FIZIKALNO PREPEREVANJE procesi, ki mehansko razgradijo kamnino na manjše delce mehansko manjšanje delcev pogosto potekajo vse do razpada na posamezne minerale izključno mehansko razpadanje brez udeležbe ke-reakcij preperevanje se ponavadi prične z zatekanjem vode v razpoke tlačna razbremenitev kamnin ob dvigu na površje glavni vzrok je običajno čista mehanska ekspanzija glavni dejavniki FI-preperevanja: zmrzal rast solnih kristalov temperaturne spremembe mehansko delovanje korenin SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin 6 12/4/2014 PREPEREVANJE ZMRZAL voda, ki se nabere v razpokah kamnine zmrzne širjenje razpok zelo učinkovita v območjih, kjer se T pogosto spusti pod 0°C (visokogorje v zmernih klimatih, polarna okolja) čista mehanska ekspanzija LED „frost shattering“ SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin PREPEREVANJE RAST SOLNIH KRISTALOV morska voda (ali katerakoli voda, ki vsebuje raztopljene soli) lahko zapolni razpoke v kamnini ob izparevanju te vode se izločajo (kristalijo) solni kristali lokalizirane, toda znatne sile, ki razpirajo razpoke kasnejše raztapljanje solnih mineralov na površini sataste txt značilno za obalna okolja SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin 7 12/4/2014 PREPEREVANJE TEMPERATURNE SPREMEMBE velika dnevna T nihanja povzročajo neprestano krčenje in širjenje posameznih mineralov različni minerali se različno hitro krčijo in širijo ustvarjajo interne sile LUŠČENJE ali EKSFOLIACIJA KAMNINE razpadanje/luščenje kamnine na površini v tankih plasteh značilno za puščavska okolja (dnevna ∆T več 10°C) SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin PREPEREVANJE MEHANSKO DELOVANJE RASTLIN v nastale razpoke lahko poleg vode prodrejo tudi rastline s svojimi koreninskimi sistemi z rastjo rastline se koreninski sistem širi in debeli mehanske napetosti mehanski razpad kamnine na manjše delce SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin 8 12/4/2014 PREPEREVANJE KEMIČNO PREPEREVANJE kemično spreminjanje mineralov, ki gradijo kamnino učinek ke-preperevanja je največji na površju z globino zelo hitro upade značilnosti produktov kemičnega preperevanja (v primerjavi z nepreperelim materialom): so bolj mobilni in v raztopini ločeni med seboj imajo nižjo gostoto zavzamejo več prostora so ke-bolj stabilni reaktivni drobci granitov ke-preperevanje sprostitev in nastanek manj reaktivnih sestavin, na pr. q terigena q zrna so ke zelo stabilna ke-preperevanje lahko poteka na 2 načina: s transformacijo izvornega minerala v ke-soroden trden produkt, ki nadomesti prvotni mineral s popolno raztopitvijo prvotnega (izvornega) minerala SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin PREPEREVANJE Glavne reakcije ke-preperevanja: raztapljanje, hidroliza in oksidacija RAZTAPLJANJE večina kamninotvornih mineralov je slabo topnih v čisti vodi pri T, ki vladajo na površju Zemlje večina kamnin ni „občutljiva“ na raztapljanje slabo topni minerali kremen je netopen in postane topen šele v močno alkalnih vodah srednje topni minerali karbonatni minerali so topni v kislih vodah najpogostejša oblika preperevanja karbonatnih mineralov (apnencev) dobro topni minerali evaporitni minerali topni že v sladki vodi (halit, sadra) raztapljanje kalcita CO2 + H2O H2CO3 (kisel dež!) 2+ CaCO3 + H2CO3 Ca + 2 HCO3 karbonatni ion CO32- iz minerala se zelo rad veže z H+ iz vode nastane bikarbonatni ion HCO3-, ki je v vodi relativno stabilen SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin 9 12/4/2014 PREPEREVANJE HIDROLIZA + hidroliza olivin pri nevtralnih pogojih: Mg2SiO4 + 4H2O 2Mg2+ + 4OH- + H4SiO4 2+ pri šibko kislih pogojih: Mg2SiO4 + 4H2CO3 2Mg + 4HCO3 + H4SiO4 pri močno kislih pogojih: Mg2SiO4 + 4H+ 2Mg2+ + Mg2SiO4 hidroliza ortoklaza nastane kaolinit - reakcija hidrolize je vezane na disociacijo vodne molekule H2O v H in OH ione nastopi ob prisotnosti kisline v naravi prisotne kisline, ki spodbujajo hidrolizo: ogljkova kislina (nastane pri raztapljanju CO2 v vodi), huminske kisline (različne kisline, ki nastanejo pri bakterijski razgradnji organske snovi v tleh) ena od glavnih reakcij preperevanja je hidroliza (alumo)silikatnih mineralov nastane šibka Si-kislina (H4SiO4), ki je zelo stabilna 4KAlSI3O8 + 22H2O 4K+ 4OH- + Al4Si4O10(OH)8 + 8H4SiO4 hidroliza magnezita pri nevtralnih pogojih: MgCO3 + H2O Mg2+ + OH- + HCO3pri šibko kislih pogojih: MgCO3 + H2CO3 Mg2+ + 2HCO3pri močno kislih pogojih: MgCO3 + 2H+ Mg2+ + H2CO3 • dež, ki pade na kamninsko podlago ima kisel pH (≤ 5.7), ker absorbira atm CO2 voda pot nadaljuje skozi ali po silikatnih kamninah pH raste ko voda doseže morje ima že povsem bazičen značaj! • pri preperevanju silikatov se torej porablja kislina, oz. močnejšo kislino nadomesti šibkejša raztopina, ki je v stiku s silikati tako postane bolj alkalna SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin PREPEREVANJE OKSIDACIJA v prisotnosti kisika se iz mineralov, ki vseujejo Fe obarjajo netopni Fe-oksidi in Fe-hidroksidi (hematit) oksidacijo Fe-mineralov označuje značilna rdeče-oranžna barva takih prevlek na površini kamnin (zadostuje že min količina Fe) oksidacija fajalita pri nevtralnih pogojih: Fe2SiO8 + 0.5O2 + H2O Fe2O3 + H4SiO4 2+ v prisotnosti C-kisline: Fe2SiO8 + 4H2CO3 2Fe + 4HCO3 + H4SiO4 2+ 2Fe + 4HCO3 + 0.5O2 + 2H2O Fe2O3 + H2CO3 SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin 10 12/4/2014 PREPEREVANJE Vloga rastlin in rastlinskih ostankov pri ke-preperevanju kompleksna toda ne pretirano pomembna rastlinske korenina obdaja električno polje z nabitimi delci pospešijo običajne anorganske ke-reakcije med delci in fluidi v tleh fi, ke in bio procesi delujejo mikroorganizmi v tleh vzajemno se dopolnjujejo bakterije, alge, gljive, lišaji, mahovi pomembna vloga in pospešujejo mehansko odmrli rastlinski ostanki vodotopni anioni organskih kislin razgradnjo SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin PREPEREVANJE PRODUKTI PREPEREVANJA material, ki nastane pri preperevanju in eroziji na kontinentalnih delih Zemlje terigen material, terigen klastični detritus ali terigene komponente: minerali izluženi iz kamnin, litični delci (drobci prvotnih kamnin), novi minerali nastali pri preperevanju prepereli material na površini je komponenta regolita, ki ponavadi prekriva matične kamnine kamninotvorni minerali so različno odporni na ke-preperevanje najpomembnejši produkt ke-preperevanja silikatov so glineni minerali produkt ekstremnega ke-preperevanja so Aloksidi (boksit) in Fe-oksidi (hematit) če je ke-preperevanje šibko in podrejeno mehanskemu se v detritusu močno poveča delež LZ (definirajo tip izvornih kamnin) LZ so različno odporna (LZ z evaporiti hitro razpadejo, bazaltna in apnenčeva LZ so zelo obstojna pogosta v plitvomorskih klasitih) Relativna stabilnost mineralov na površju Zemlje SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin 11 12/4/2014 PREPEREVANJE NASTANEK TAL pomemben proces pri pretvorbi matične kamnine in regolita v detritus primeren za transport ke- in fi-preperevanje na mestu reultira v nastanek tal kasneje jih modificirajo bi-procesi rastlinske korenine penetrirajo v kamnino in pospešijo njen razpad akumulacija vegetacije (humusa) spremeni kemizem površinske vode (nastajajo huminske kisline) če ni erozije, profil tal s časom postaja debelejši gravitacija ali tekoča voda glavna erozijska dejavnika tal kritična na pobočjih, pomembna tudi na ravnih predelih erozijska žarišča večinski delež sedimentnega tovora v rekah zmernih in humidnih tropskih klimatskih pasov je bil nekoč del talnega profila tla nastajajo tudi v kontinentalnih sedimentacijskih okoljih (rečne poplavne ravnice) če takšna tla prekrijejo mlajši sedimenti se ohranijo v straigrafskem zaporedju kot PALEOTLA (fosilna tla) In-situ profil tal SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin PREPEREVANJE NASTANEK TAL pomemben proces pri pretvorbi matične kamnine in regolita v detritus primeren za transport ke- in fi-preperevanje na mestu reultira v nastanek tal kasneje jih modificirajo bi-procesi rastlinske korenine penetrirajo v kamnino in „gullying“ pospešijo njen razpad akumulacija vegetacije (humusa) spremeni kemizem površinske vode (nastajajo huminske kisline) če ni erozije, profil tal s časom postaja debelejši gravitacija ali tekoča voda glavna erozijska dejavnika tal kritična na pobočjih, pomembna tudi na ravnih predelih erozijska žarišča večinski delež sedimentnega tovora v rekah zmernih in humidnih tropskih klimatskih pasov je bil nekoč del talnega profila tla nastajajo tudi v kontinentalnih sedimentacijskih okoljih (rečne poplavne ravnice) če takšna tla prekrijejo mlajši sedimenti se ohranijo v straigrafskem zaporedju kot PALEOTLA (fosilna tla) In-situ profil tal SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin 12 12/4/2014 EROZIJA IN TRANSPORT • preperevanje in-situ razpadanje kamnin • erozija odstranitev regolita = vključitev produktov preperevanja v transportni medij • transport prenos materiala z mesta preperevanja na mesto odlaganja (sedimentacijski bazen -↓n.m.v.) TRANSPORT nesprijet material na pobočju lahko premakne gravitacija odplaknejo reke odpihne veter postrga in s seboj odnese led premakne kombinacija naštetih procesov podori, zdrsi, plazovi glavni dejavniki prenosa velikih količin materiala po gorskih pobočjih relativno kratek transport (max do dna doline) transport terigenega detritusa na velike razdalje ponavadi zahteva vodni transport (+/- led in veter v nekaterih okoljih) SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin EROZIJA IN TRANSPORT Re < 500 laminarni tok Re > 2000 turbulentni tok Laminarni tok je značilen za tokove z veliko kinematično viskoznostjo: drobirski tok ledeniški tok tok lave večina zračnih in vodnih tokov, ki prenašajo sedimente je turbulentnih Tokovi z nizko kinematično viskoznostjo so praviloma turbulentni že pri majhnih hitrostih: zračni tok vsi naravni zračni tokovi, ki prenašajo delce so turbulentni vodni tok laminarni le pri zelo nizki hitrosti ali zelo majhni globini toka običajno je turbulenten SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin 13 12/4/2014 EROZIJA IN TRANSPORT Transportni mehanizmi kotaljenje premikanje po dnu vodnega ali zračnega toka delec ves čas ohranja kontakt s podlago saltacija premikanje v periodičnih skokih delec v intervalih izgubi stik s podlago in del poti opravi dvignjen v telo fluida, predno ponovno vzpostavi stik s podlago („odskakovanje“) suspenzija turbulenca v fluidu zagotavlja zadostno vertikalno komponento gibanja, ki med transportom kontinuirano vzdržuje delce v telesu fluida, torej ločene od podlage Vrste sedimentnega tovora talni tovor delci, ki jih tok prenaša s kotaljenjem in saltacijo tovor v suspenziji delci, ki se prenašajo v suspenziji Transport delcev s fluidom vkjučuje 2 zaporedna koraka (1) erozija in vklučitev delcev iz podlage v tok (2) penos delcev s tokom vzdolž ali nad podlago procesi so enaki pri transportu z vodo ali zrakom!!! razlika: potrebne so višje hitrosti zračnega toka, da premaknejo delce določene velikosti (zrak ima nižjo gostoto in viskoznost kot voda!) nizke hitrosti vodnega toka v suspenziji se lahko transportirajo le drobna zrna (glina, drobnozrnat melj) in zrna z nizko gostoto peščena zrna se gibljejo s kotaljenjem in delno s saltacijo velike hitrosti toka vsa zrna melja in delno peska se gibljejo v suspenziji drobnozrnati prod se giblje s saltacijo, vsa ostala večja zrna pa s kotaljenjem SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin EROZIJA IN TRANSPORT tok skozi cev žš š p tlak tok v koritu SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin 14 12/4/2014 EROZIJA IN TRANSPORT Velikost delcev in hitrost toka kritična hirost hitrost fluida, ki je potrebna, da se delec določene velikosti vključi v tok velikost je odvisna od mase delca kohezivnost glinenih mineralov!!! vlečna sila, ki je potebna, da premakne delec v smeri toka narašča z naraščajočo maso delca enako narašča dvižna sila, ki je potrebna za dvig delca v tok za zrna v velikosti peska in proda velja enostaven linearni odnos med maso delca ter vlečno in dvižno silo za drobnejše frakcije je ta odnos bolj kompleksen Hjülstromov diagram (nadomestil ga je Shieldov diagram; Miller ea 1977) kritična hitrost potrebna za vključitev delcev v tok rigiden vs. plastičen mulj odnos med v-toka in d-delcev, ki se gibljejo v tem toku velikost delcev v kamnini indikator hitrosti toka v času usedanja tega delca Press & Siever 1986 za vklučitev delca v tok je potrebna večja hitrost kot za transport delcev, ki so že vključeni v tok SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin EROZIJA IN TRANSPORT Hitrost usedanja delcev takoj ko tok delec dvigne (vključi) v telo fluida, le-ta prične padati nazaj proti dnu toka razdalja, ki jo delec prepotuje vključen v telo fluida (predno se usede nazaj na dno) je odvisna od: velikosti vlečne in dvižne sile toka, turbulence fluida in hitrosti usedanja delca delec najprej pospešeno pada proti dnu, potem pa doseže neko končno (terminalno) hitrost usedanja definira jo Stokesov zakon • • • • • č ! " # $ " % žš sedimentne plasti običajno gradijo delci različnih velikosti velikost zrn se lahko spreminja po nekem vzorcu gradacija: normalna ali inverzna postopna zrnavost (znotraj ene plasti ali v zaporedju več plasti) normalna postopna zrnavost je bolj pogosta nastane ob usedanje delcev iz suspenzije ali kot posledica zmanjševanja hitrosti toka skozi čas normalna gradacija je posledica Stokesovega zakona večji delci se hitreje usedajo iz suspenzije v mirujočem fluidu se odložijo prej kot drobna zrna omejitve Stokesovega zakona: velja le za drobnejša zrna (drobni pesek ali manj) vlek večjih zrn skozi fluid namreč povzroči turbulenco in s tem zmanjšanje hitrosti usedanja velja za kroglasta zrna vlečni efekt je večji za ploščata zrna, ki se zato usedajo počasneje sljudna zrna se skoncentrirajo v vrhnjih delih plasti transport z različnimi fluidi • sile, ki delujejo na delec so funkcija % in fluida ter mase delca zrno skozi zrak pada z večjo hitrostjo kot skozi vodo (% zraka je manjša in ∆ je večja kot v vodi) • fluidi z večjo % ustvarjajo večjo vlečno in dvižno silo na delec pri dani hitrosti vodni tokovi lahko pri pogojih običajnega rečnega toka prenašajo delce celo v velikosti balvanov zračni tokovi niti pri zelo veliki hitrostih (viharjih) ne morejo premakniti delcev večjih od mm razlikovanje TM! • visoko-% fluidi (led, drobirski tokovi) prenašajo delce s premerom več m ali več 10 m SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin 15 12/4/2014 EROZIJA IN TRANSPORT GRAVITACIJSKI TRANSPORT voda običajno ni prisotna strma gorska pobočja gravitacijsko premikanje po pobočju navzdol začetna oblika erozije in transporta preperelega materiala (i) POBOČNI GRAVITACIJSKI TRANSPORT več vrst procesov: zdrs („landslide“) koherentna masa kamnin se premakne po pobočju navzdol notranja struktura (ali celo stratigrafsko zaporedje) zdrselega telesa se ohrani translacijski premiki več 1000 m3 kamnin podor („rock fall“) kamninsko telo se med premikanjem razlomi ob vznožju pobočja se oblikuje kaotična masa materiala potrebna voda tovrstna gravitacijskla premikanja lahko sprožijo različni dejavniki: potres, izpodrezanje baze pobočja, dvig podtalnice pod nestabilnim pobočjem ob močnem dežju, ... lezenje tal („soil creep“) ko se regolit prepoji z vodo precej počasnejši proces kot pri podorih in zdrsih zaznamo ga z večletnim kontinuiranim monitoringom pobočja plazenje („slumping“) nekje med lezenjem in zdrsi plazenje je trenutni proces, enako kot zdrs, le da je se pri plazenju kamninska masa zaradi prepojenosti z vodo obnaša plastično med potovanjem po pobočju se interna struktura značilno deformira ob zadostni količini vode se plaz lahko pretvori v drobirski tok SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin 16 12/4/2014 EROZIJA IN TRANSPORT (ii) SEDIMENTNI GRAVITACIJSKI TOKOVI glede na vrsto mehanizma oz. interakcije med fluidom in zrni, ki vzdržuje sedimentni material v gibanju, ločimo 4 tipe sedimentnih gravitacijskih tokov zrnski tok utekočinjeni tok blatni in drobirski tok turbiditni tok zrnski tok nastane, ko se nekohezivni (nevezani) sedimentni delci (na pr. suh pesek) zaradi gravitacije premaknejo po pobočju navzdol čeprav sta med zrna ujeta zrak ali voda ne poganjata delcev v gibanje delujeta le kot „mazivo“ delce v gibanju vzdržujejo medzrnske interakcije (trki) klasičen primer zrnskega toka so peščeni plazovi nastanejo vsakič, ko naklon peščene sipine preseže strižni kot (25-30°) nastajajo tudi v globokomorskem okolju peščeni plazovi na strmih pobočjih podmorskih kanjonov SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin EROZIJA IN TRANSPORT utekočinjeni tok koncentrirana „raztopina“ zrn, ki jih podpira intersticijska porna voda koncentracija zrn je premajhna, da bi nastale kohezivne sile tok se sproži, ko se zaradi nekega zunanjega vzroka (na pr. seizmični val) poveča pritisk na intersticijsko porno vodo ta se začne dvigat in prej mirujoča zrna se pričnejo premikati nesprijet pesek se spremeni v močno viskozno suspenzijo, ki spominja na „živi peseku“ zrna v suspenziji vzdržuje gibanje pornih fluidov navzgor ko se zrna na dnu suspenzije usedejo, povzročijo gibanje vode v smeri navzgor pritisk pornih fluidov podpira zrna v vrhnjem delu toka takoj ko se tok prične premikati po pobočju navzdol v fluidu nastane turbulenca utekočinjeni tok se hitro razvije v turbiditni tok likvifikacija vs. fluidizacija tok ali suspenzija je... ...likvificiran(-a) zrna med usedanjem izpodrivajo tekočino, ki se premakne navzgor ...fluidiziran(-)a tekočina se giblje navzgor med zrni in jih začasno pretvori v suspenzijo SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin 17 12/4/2014 EROZIJA IN TRANSPORT muljasti (blatni) in drobirski tok muljasti (blatni) tok muljasta podpora gradi ga blatna gmota likvificiranega mulja (kot mokri cement) izvornemu materialu se primeša velika količina vode (obilne padavine, taljenje ledu, dvig podtalnice) blatni tok se zelo hitro premika po pobočju navzdol zaradi gravitacije kot zelo hiter poplavni tok velikost delcev vključenih v transport običajno ne presega peščene frakcije zdrsi, ki se jim po poti primeša večja količina vode, se ∆ v blatne tokove velikost zrn in vsebnost vode določata, kdaj bo muljasti material pričel teči drobnzrnat material ali tla imajo manjši strižni kot kot debelozrnat material drobirskega toka; tok lahko sproži tudi padajoče kamnenje SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin EROZIJA IN TRANSPORT muljasti (blatni) in drobirski tok nekateri muljasti tokovi so vezani na vulkansko aktivnost: laharji (blatni tok drobnozrnatega piroklastičnega materiala po pobočju vulkana) in „jökulhlaupi“ (izbruh vulkana pod ledenik ali polarno kapo) Mount St. Helens 1980 2,8 km3 20.000- kratnik atomske bombe Hiroshima Kabir Kuh, SW Iran 20 km3 h=300 m, w=5 km, td=14 km podmorski blatni tok pred 60.000 leti td=1.500 km SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin 18 12/4/2014 EROZIJA IN TRANSPORT muljasti (blatni) in drobirski tok če so v blatni tok vključena zrna, ki presegajo muljasto frakcijo (pesek, grušč, balvani) nastane drobirski tok zrnska podpora drobirski tokovi značilno nastajajo med močnim deževjem na območju strmih gorskih kanjonov sprožijo jih različni dejavniki pogoji za nastanek drobirskega toka: strmo pobočje (>25°), velika količina nesprijetega sedimentnega materiala in dovolj vode, ki ta material prepoji Cona transporta Cona odlaganja Cona transporta ZRNSKA PODPORA (grain or clast supported) Začetek drobirskega toka MULJASTA PODPORA (matrix supported) razmerje sediment vs. voda delež sedimentnega tovora v velikosti peska ali več • • • • blatni tok do max 20% hiperkoncentrirani tokovi 10-40% drobirski tok > 40-50% običajni rečni tok < 10% SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin EROZIJA IN TRANSPORT muljasti (blatni) in drobirski tok med potjo po pobočju se drobirski tok pospešuje zaradi gravitacije (hitrosti 10 ali več m/s) pot nadaljuje po rečnih kanalih material se odloži na aluvialno pahljačo ali poplavno ravnico v dnu doline več 100.000 m3 zgradba drobirskega toka glava vsebuje največje delce (grušč, balvani) povzročajo veliko trenje telo tok ima znatno nižje trenje (prevladuje pesek, melj in glina) drobni delci vzdržujejo visok tlak pornih fluidov večajo mobilnost toka gozdna področja drobirski tokovi vključujejo veliko lesnega drobirja (veje, štori, kosi debel, ...) rep drobirskega toka lako vsebuje večjo količino vode hiperkoncentrirani vodni tok drobirski tok se giblje pulzirajoče serija impulzov oz. ločenih valov vsak val ima svojo glavo, telo in rep blatni vs. drobirski tok • velika vsebnost gline & melja (> 50%) muljasti tok bolj „tekoč“ od drobirskega; giblje se lahko enako hitro kot voda med zelo hitrim poplavljanjem • muljasti tokovi na kopnem so precej redkejši od drobirskih prevladujejo na podmorskih kontinentalnih robovih, kjer pogosto sprožijo nastanek pravih turbiditnih tokov • tok vzdržuje trdnost podpora osnove SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin 19 12/4/2014 SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin EROZIJA IN TRANSPORT turbiditni tok gravitacijski tok v katerem sedimentna zrna v toku (suspenziji) vzdržuje vertikalna komponenta turbulence fluida gravitacijski tok, ki potuje skozi mirujočo vodo po pobočju oceana ali jezera tok se giblje, ker ima večjo gostoto kot medij skozi katerega potuje delce v gibanju vzdržuje turbulenca znotraj toka turbiditni tok sprožijo različni dejavnki: potres, plazovi, preobremenitev, sedimenta povečan dotok rečnega sedimentnega tovora, vulkanska erupcija, nevihtni val... značilna območja seizmično nestabilna okolja pobočja globokomorskih jarki vzdolž konvergentnih stikov litosferskih plošč, kontinentalna pobočja in podmorski kanjoni pasivnih robov... turbiditni tok ima lahko obliko velikega blatnega vala ali pa je bolj enovit to je značilno zlasti za turbiditne tokove v sladki vodi (jezerih) takšen tok nima razvite erozijske glave hitrost turbiditnega toka: naraščanje naklona pobočja porast hitrosti turbiditnega toka večja turbulenca v tok se dvigne več sedimenta poveča se gostota toka dodatno povečanje hitrosti (do ½ zvočne hitrosti) SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin 20 12/4/2014 EROZIJA IN TRANSPORT turbiditni tok razvoj turbiditnega toka: katastrofični dogodek turbulenca v okolnem fluidu intenzivna erozija in vključevanje sedimenta z dna bazena v tok turbulenca ohranja delce v suspenziji nastane gost turbiditni oblak, ki se giblje po pobočju navzdol (večja ko je erozija, več sedimenta se suspendira, večja je hitrost toka) turbiditni tok se razdeli v 3 dele: glava najgostejši del toka z zaokroženo obliko, material v glavi se giblje naprej in navzgor in se vrača nazaj v telo najdrobnejši material se dvigne v okolni fluid in v obliki oblaka nekoliko zaostaja za tokom glava ima veliko erozijsko moč (najdebelejša frakcija) in erodira podlago erozijske txt telo ima enovit miren tok mešanje z okolnim fluidom je relativno majhno delci se usedajo telo se giblje dokler ima glava erozijsko moč prehiteva glavo zagotavlja dotok materiala v glavo rep tu se material hitro razredči, gostota materiala se bistveno zmanjša z dolžino premika toka se veča dolžina repa tok se ustavi, ko se koncentracija sedimenta zaradi usedanja delcev znatno zmanjša SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin EROZIJA IN TRANSPORT turbiditni tok glede na delež prisotne peščene frakcije ločimo: nizkogostotni turbiditni tok (manj kot 20-30%) glina, melj, drobno do srednjezrnat pesek vsa zrna potujejo v suspenziji visokogostotni turbiditni tok debelozrnat pesek, prod, balvani (+ drobnejši material!) debelejša zrna v toku ohranja (podpira) turbulenca, ki jo povzroča usedanje delcev skozi medij z veliko koncentracijo sedimenta ter vzgon, ki ga zagotavljajo intersticijske vode, ki vsebujejo velik delež drobnih zrnc glava turbiditnega toka se običajno obnaša kot visokogostotni turbiditni tok, bolj razredčeni rep pa kot nizkogostotni TT visokogostotni turbiditni tok se od drobirskega toka loči po tem, da drobirski tok vsebuje manj vode in da ni turbulenten SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin 21 12/4/2014 EROZIJA IN TRANSPORT Sedimenti gravitacijskih tokov sedimenti zrnskih tokov sedimenti utekočinjenih tokov sedimenti blatnih in drobirskih tokov značilno izklinjanje in razširjanje posameznih peščenih plasti značilne teksture odvonjevanja v pretežno peščenih kamninah slabo sortirana mešanica mulja, balvanov, organskega materiala in drugih naplavin sedimentna telesa z dobro opredeljenimi robovi, nepravilno površino in zaokroženo obliko dosegajo cca 3-6 m v višino gradijo velik del številnih aluvialnih pahljač, debritne stožce ob vznožju gorskih pobočij in vulkanov v čelu in bokih drobirskih tokov je skoncentriran material v velikosti balvanov; prav tako so transportne poti drobirskih tokov zaznamovane s prisotnostjo balvanskih bočnih nasipov nekatere plasti drobirskih tkov imajo inverzno gradacijo debela zrna zgoraj, drobna spodaj pritisk med transportom potisne velika zrna navzgor; ko se tok ustavi se tako odložijo SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin 22 12/4/2014 EROZIJA IN TRANSPORT Sedimenti gravitacijskih tokov sedimenti turbiditnih tokov FLIŠ iz nizkogostotnih turbiditnih tokov se odložijo značilne Boumove sekvence z normalno gradacijo Bouma, 1962 A (Ta) – horizont z normalno postopno zrnavostjo B (Tb) – horizont spodnje horizontalne laminacije C (Tc) – horizont navzkrižne in konvolutne laminacije D (Td) – horizont zgornje horizontalne laminacije E (Te) – brezstrukturni horizont pelagičnih muljevcev idealno zaporedje večinoma: A+B, C, D (Hsü, 1989) SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin EROZIJA IN TRANSPORT xx xx xx v obliki turbiditnih tokov se lahko transportira klastični in/ali karbonatni material: - klastični turbiditi - karbonatni turbiditi SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin 23 12/4/2014 EROZIJA IN TRANSPORT Sedimenti gravitacijskih tokov sedimenti turbiditnih tokov iz visokogostotnih turbiditnih tokov se odložijo značilne Lowove sekvence z normalno gradacijo Lowe, 1982 Lowe dodaja 3 horizonte k prvotni Boumovi terminologiji: S1 - horizont peščenjaka ali konglomerata na bazi turbidita horizontalna do navzkrižna laminacija (takcijski transport) S2 - ihorizont z inverzno gradacijo trakcijski tovor (trki zrn!) S3 - masiven do N-gradiran drobno do debelozrnat peščenjak sedimentacija iz turbulentne suspenzije teksture odvodnjevanja („dish & pillar“ txt) ekvivalent Boumovega A-horizonta (Ta) SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin Različni faciesi turbiditnih tokov nizkogostotni turbiditi: • tankoplastnate sekvence drobno zrnatih kamnin • dobro razvite tokovne txt • na bazi turbidita so značilne erozijske txt visokogostotni turbiditi: • debeloplastnate prodnate sekvence • slabo razvite tokovne txt • na bazi turbidita skoraj ni erozijskih txt SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin 24 12/4/2014 Različni faciesi turbiditnih tokov nizkogostotni turbiditi: • tankoplastnate sekvence drobno zrnatih kamnin • dobro razvite tokovne txt • na bazi turbidita so značilne erozijske txt visokogostotni turbiditi: • debeloplastnate prodnate sekvence • slabo razvite tokovne txt • na bazi turbidita skoraj ni erozijskih txt SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin Teksturne značilnosti sedimentov, ki jih odložijo 4 glavni tipi sedimentnih gravitacijskih tokov zrnski tok utekočinjeni tok drobirski tok turbiditni tok SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin 25 12/4/2014 SEDIMENTACIJA SEDIMENTACIJA odlaganje prinešenega terigenega materiala pod valovno bazo topne sestavine, ki jih v bazen prinesejo površinske vode ali ki nastanejo vzdolž MOR pri interakciji vode z vročo magmatsko kamnino, lahko dosežejo zadostno koncentracijo, da se pričnejo obarjati (anorganski procesi) v večini primerov pri izločanju topnih sestavin sodelujejo organizmi (organski/biološki procesi) rastlinski ali živalski (organski) ostanki lahko pridejo v bazen skupaj s terigenim sedimentnim materialom ali pa izvirajo iz bazena samega SEDIMENT: terigen material + kemično/biokemično izločene topne sestavine + rastlinski/živalski ostanki terigenega in bazenskega izvora SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin DIAGENEZA DIAGENEZA zajema vse fi-ke procese, ki potekajo od odložitve sedimentov do pričetka metamorfoze (ob premiku sedimentnih kamnin v večje globine) ali preperevanja (ob dvigu sedimentnih kamnin na površje) po odložitvi sedimentov te postopno prekrivajo vedno mlajši nanosi (plasti) sedimentov prvotno rahlo odložena sedimentna zrna se najprej približajo in preuredijo v kompaktnejšo strukturo povišan P in T vplivata na raztapljanje in ponovno izločanje posameznih komponent, precipitacijo novih mineralov ... s pomočjo KONSOLIDACIJE in CEMENTACIJE se sediment LITIFICIRA v sedimentno kamnino SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin 26 12/4/2014 NASTANEK SEDIMENTNIH KAMNIN - POVZETEK fizikalno (bio)kemično 1. preperevanje starejša magmatska metamorfna sedimentna kamnina voda veter led visokogostotna mešanica vode in mulja IZVORNA KAMNINA DELCI RAZTOPINE 2. transport kompakcija konsolidacija cementacija litifikacija 3. usedanje SEDIMENT 4. diageneza SEDIMENTNA KAMNINA SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin TERMINOLOGIJA IN DEFINICIJE SEDIMENT je vsak naravno nastal nevezan material. Sestavljen je iz delcev anorganskega ali organskega izvora, ki so nastali s preperevanjem ter kemičnim in biokemičnim izločanjem. Nastaja pri normalnih tlačnih in temperaturnih pogojih, torej blizu površja, v atmosferskih ali akvatskih okoljih. Mejne skupine SEDIMENTNA KAMNINA PREPERINSKI SEDIMENTI manjka transport PIROKLASTIČNE KAMNINE manjka prperevanje je koherenten, konsolidiran in litificiran sediment Zaporedje prej naštetih sedimentnih procesov rezultira v nastanek 4 skupin osnovnih sestavin, ki v različnih razmerjih gradijo sedimentne kamnine: terigene siliciklastične komponente kemične in biokemične (alokemične) komponente karbonizirane komponente avtigene komponente SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin 27 12/4/2014 1. TERIGENE SILICIKLASTIČNE KOMPONENTE IZVOR TK razgradnja kamnin s preperevanjem + kopenski eksplozivni vulkanizem delci v velikostnem razredu od proda/grušča do mulja (2 do 0.063 mm) (I.) posamezna MINERALNA ZRNA op.: piroklastični material ima lahko tudi znotrajbazenski izvor! kremen, glinenci, sljude (večinoma silikati) in “težki” minerali (cirkon, turmalin, titanit, rutil, epidot, neprozorni minerali ...) SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin 1. TERIGENE SILICIKLASTIČNE KOMPONENTE (II.) LITIČNA ZRNA mineralni agregati drobci starejših magmatskih, metamorfnih ali sedimentnih kamnin (zgrajenih pretežno iz silikatov) SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin 28 12/4/2014 1. TERIGENE SILICIKLASTIČNE KOMPONENTE (III.) TERIGENA OSNOVA drobnozrnati minerali: kremen, glinenci, sljude (drobnejši od muljaste frakcije: < 0.063 mm) sekundarni minerali: Fe-oksidi, glineni minerali nastanejo na mestu preperevanja kamnin s procesi rekombinacije in kristalizacije elementov, ki se sprostijo pri preperevanju primarne kamnine TERIGENI SILICIKLASTIČNI DELCI ALI EKSTRAKLASTI trdni delci izvenbazenskega +/- piroklastičnega izvora, ki jih transportni medij prinese v bazen; gradijo večino konglomeratov, peščenjakov in glinavcev siliciklastične sedimentne kamnine SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin 2. KEMIČNE IN BIOKEMIČNE (ALOKEMIČNE) KOMPONENTE IZVOR AK ke- in bioke- procesi znotraj bazena: povzročijo precipitacijo sestavin raztopljenih v bazenski vodi izločajo se minerali: kalcit, sadra, apatit ter kalcitni in silikatni skeleti organizmov izločeni minerali lahko ustvarijo “skupke” v velikosti melja (0.002-0.063 mm) ali peska (0.0632 mm), ki jih valovi in tokovi znotraj bazena transportirajo na krajše razdalje (I.) INTRAKLASTI delno konsolidirani delci iz muljaste podlage bazena SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin 29 12/4/2014 2. KEMIČNE IN BIOKEMIČNE (ALOKEMIČNE) KOMPONENTE (II.) PELOIDI (III.) LUPINASTA ZRNA peleti, peletoidi ooidi, onkoidi (IV.) AGREGATNA ZRNA sestavljena zrna SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin 2. KEMIČNE IN BIOKEMIČNE (ALOKEMIČNE) KOMPONENTE (V.) BIOGENI moluski, brahiopodi, ehinodermi, korale, briozoji, ostrakodi, foraminifere, alge, spongije KEMIČNE IN BIOKEMIČNE (ALOKEMIČNE) KOMPONENTE trdi delci nastali s (bio)kemičnim obarjanjem, ki lahko ustvarjajo agregate in so znotraj bazena prenešeni na krajše razdalje znotrajbazenske sedimentne kamine: apnenci, roženci, evaporiti, fosforiti SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin 30 12/4/2014 3. KARBONIZIRANE KOMPONENTE IZVOR KK ohranjeni in karbonizirani ostanki terestičnih in morskih rastlin ter živali + bituminozna snov: (I.) karboniziran HUMINSKI MATERIAL (II.) SAPROPELSKI OSTANKI ostanki lesenih delov kopenskih rastlin glavna sestavina večine premogov spore, pelodi, fito- in zooplankton, macerali (rastlinski debris, ki se je akumuliral v vodi) glavna sestavina “cannelskih premogov” (terestični oljni skrilavci z veliko vsebnostjo H, ki zlahka zagorijo in za seboj pustijo le malo pepela) in oljnih skrilavcev (III.) BITUMINOZNA SNOV (bitumni) trdni asfaltni ostanki, ki ostanejo po devolatilizaciji, oksidaciji in polimerizaciji nafte KARBONIZIRANE KOMPONENTE karbonizirani ostanki rastlin in živali ter bitumni lahko so transportirani na krajše ali daljše razdalje SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin 4. AVTIGENE (ORTOKEMIČNE) KOMPONENTE IZVOR OK minerali , ki se izločijo iz pornih vod v sedimentih med diagenezo nastanejo lahko v katerikoli vrsti sedimentne kamnin med diagenezo, vendar nikoli ne predstavljajo prevladujoče komponente izločijo se lahko dolgo po odložitvi terigenih in/ali alokemičnih komponent sekundarni ali avtigeni minerali: (I.) SILIKATNI MINERALI: kremen, glinenci, glineni minerali, glavkonit (II.) NESILIKATNI MINERALI: kalcit, dolomit, sadra, barit, hematit (III.) MIKRITNA OSNOVA AVTIGENE KOMPONENTE silikatni in nesilikatni minerali, ki se izločijo v sedimentu in kamnini med diagenezo ne kažejo znakov transporta SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin 31 12/4/2014 KLASIFIKACIJA SEDIMENTNIH KAMNIN Glede na relativno zastopanost naštetih komponent sedimentne kamnine razdelimo v tri osnovne skupine: SILICIKLASTIČNE (TERIGENE) sedimentne kamnine KEMIČNE IN BIOKEMIČNE sedimentne kamnine KARBONIZIRANE sedimentne kamnine Nadaljna delitev na osnovi: velikosti zrn +/- mineralne sestave Volumetrično pomembni le: glinavci, peščenjaki in apnenci. Chemical/Biochemical rocks Terrigenous or siliciclastic rocks Group name Carbonaceous rocks SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin KLASIFIKACIJA SEDIMENTNIH KAMNIN SEDIMENTOLOGIJA: 2. Izvor, klasifikacija in nastanek sedimentnih kamnin 32
© Copyright 2024