Bergarter och bergartsbildning

BERGARTER OCH BERGARTSBILDNING Åke Johansson Naturhistoriska riksmuseet

Ett bildspel från Föreningen för Geologins Dag.

Mineral och bergarter Mineral är naturligt förekommande kemiska föreningar (eller enskilda grundämnen). Varje mineral har en bestämd kemisk sammansättning och en bestämd kristallstruktur, vilken kan avspegla sig i den yttre formen hos mineralkristallerna.

Muskovit (ljus glimmer) Kopparkis

Kali-fältspat

Kvarts

Blyglans

Amfibol

Mineral och bergarter Får mineralkornen växa fritt i en spricka eller hålrum i berget kan det bildas stora och välformade mineralkristaller. Det vanliga i en bergart är dock att kristallerna växt samman till en tät massa, där den yttre kristallformen bara delvis eller inte alls kan urskiljas.

Välformade och klara kvartskristaller (bergkristaller) som växt fritt i ett hålrum eller en spricka i berget

Massiv kvarts från kvartsgång eller kvartskörtel

Mineral och bergarter Det finns ca 5 000 kända mineral, men endast en handfull av dessa bygger upp de flesta av våra bergarter. Sådana bergartsbildande mineral är kvarts, fältspat (kali-fältspat och plagioklas), ljus och mörk glimmer (även kallad muskovit respektive biotit), hornblände och andra amfiboler, pyroxener, olivin och granat. Kalksten och marmor består huvudsakligen av mineralet kalcit, även kallat kalkspat. Järnmalm kan bestå av hematit eller magnetit, sulfidmalm av pyrit (svavelkis), kopparkis, blyglans och zinkblände. Dessa är viktiga malmmineral från vilka vi utvinner metaller.

Mikroskopfoto av en granitisk bergart (0,03 mm tjockt tunnslip i genomfallande ljus) där man ser de olika mineralkorn som bygger upp bergarten: kvarts, kali-fältspat, biotit (mörk glimmer), amfibol (hornblände) och mindre mängder titanit.

Mineral och bergarter Bergarter är normalt blandningar av olika mineral. De olikfärgade kornen i t.ex. en granit är således olika mineral: ljus kvarts och plagioklas, mörk biotit och hornblände, kanske rödaktig kali-fältspat.

Mineral och bergarter Kvarts består kemiskt sett av kiseldioxid med formel SiO2. Många andra mineral är också silikater, dvs föreningar mellan kisel, syre, och andra grundämnen, och har ofta rätt komplicerad kemisk sammansättning. De flesta bergarter och bergartsbildande mineral domineras dock av en handfull grundämnen, förutom kisel och syre är det aluminium, natrium, kalium, kalcium, magnesium och järn.

Indelning av bergarter Bergarterna indelas efter bildningssätt i tre huvudgrupper: - Sedimentära bergarter - Magmatiska bergarter - Metamorfa (omvandlade) bergarter

Indelning av bergarter Gränserna mellan de olika bergartsgrupperna, eller mellan olika enskilda bergarter, är dock inte knivskarpa, eftersom en bergart kan övergå i en annan utan skarp gräns. Dessutom finns det olika sätt att indela bergarter: efter mineralinnehåll, kemisk sammansättning, bildningssätt…. En och samma bergart kan således få olika namn, utan att något behöver vara fel, beroende på vilken aspekt man tar fasta på.

Bergartscykeln Bergarterna hänger samman i ett storskaligt kretslopp – bergartscykeln – i vilket olika bergarter övergår i varandra genom olika geologiska processer, såsom erosion, transport och sedimentation, nedsänkning och begravning, deformation och metamorfos, eller uppsmältning, intrusion och kristallisation.

Bergartscykeln Bergartscykeln hänger både samman med jordens inre kretslopp de plattektoniska processerna som drivs av radioaktivt alstrad värme i jordens inre – och processer vid jordytan, i haven och i atmosfären vilka till stor del drivs av solens energi.

Sedimentära bergarter Sedimentära bergarter består av lösa sediment – sand, lera, kalkslam och skalrester – som samlats i lager, oftast på havsbottnen (eller längs en flod, ett delta, längs en strand eller i en ökenmiljö), vilka sedan begravts och kittats samman och hårdnat till en bergart. Har ofta en skiktad eller lagrad struktur, kan ibland innehålla fossil. Lager av sandsten och lerskiffer som tillhör den s.k. Visingsögruppen vid Vättern. Dessa bergarter är från slutet av prekambrium (ca 600 – 800 miljoner år gamla), och innehåller endast fossil av mikroorganismer. Foto: Åke Johansson

Sedimentära bergarter Strukturer i sedimentära bergarter kan ge en uppfattning om vilken miljö sedimenten avsattes i. Exempelvis tyder de ytterst välbevarade torksprickorna och böljeslagsmärkena (likt moderna böljeslagsmärken efter vågor på en sandstrand) i den cirka 1 500 miljoner år gamla Dalasandstenen i västra Dalarna på att denna avsatts i mycket grunt vatten längs en havs-, sjö-, eller flodstrand.

Dalasandsten med torksprickor och böljeslagsmärken, Mångsbodarna, Dalarna. Foto: Thomas Lundqvist.

Sedimentära bergarter Yngre sedimentära bergarter, i synnerhet kalkstenar, från Fanerozoikum (de senaste 540 miljoner åren, från kambrium och framåt), kan innehålla rikligt med fossil som berättar om djurlivets utveckling. Stenkolslager avsatta i en träskmiljö, liksom en del andra sedimentbergarter avsatta på land, kan vara rika på växtfossil.

Silurisk kalksten från Gotland, ca 420 miljoner år gammal, fylld med fossil från olika havslevande djur.

Fossila ormbunksväxter från Jura-perioden (ca 170 miljoner år gamla), Eriksdal, Skåne.

Foto: Johannes Bouchal

Foto: Steve McLoughlin

Exempel på olika sedimentära bergarter

Kalksten

Konglomerat

Lerskiffer Sandsten

Magmatiska bergarter Magmatiska bergarter bildas genom kristallisation från en het bergartssmälta – magma – som trängt upp från jordskorpans undre delar eller den underliggande manteln. Beroende på var kristallisationen sker kan de delas in i tre undergrupper: intrusiva djupbergarter, gångbergarter, och vulkaniska ytbergarter. Jordklotet i genomskärning. Jordskorpan, som kan uppdelas i kontinentskorpa och oceanskorpa, bildar ett tunt yttre skal. Den underliggande manteln är halvfast men plastisk, och kan lokalt smälta upp och bilda magma. Kärnan består av järn och nickel, den yttre delen är flytande, den inre fast pga det höga trycket.

Magmatiska bergarter De flesta magmor bildas längs skarvarna mellan jordskorpans plattor, längs riftzoner och mittoceana ryggar, där två plattor glider isär, eller ovanför subduktionszoner där en platta glider ner under en annan. Här sker huvuddelen av jordens vulkanism och magmatism. Ibland förekommer dock isolerade ”hotspots” mitt inne i en platta, exempelvis Hawaii eller Yellowstone.

Magmatiska bergarter Magmatiska djupbergarter (intrusivbergarter) kristalliserar långsamt från en het magma många kilometer ner i jordskorpan. De enskilda mineralkristallerna hinner växa till sig och syns som mm- till cm-stora olikfärgade korn. En magmatisk djupbergart har därför ett medel- eller grovkornigt spräckligt utseende; färgen kan variera från grönsvart via gråspräcklig till rödaktig.

Rätangranit, Härjedalen, ca 1700 milj. år gammal. Foto: Thomas Lundqvist

Magmatiska bergarter Exempel på magmatiska djupbergarter är gabbro, syenit, tonalit, granodiorit och granit. Att vi idag kan se sådana bergarter vid jordytan beror på att allt ovanliggande berg eroderats bort.

Gabbro

Syenit

Granodiorit

Granit

Magmatiska bergarter Magmatiska gångbergarter bildas när magman tränger upp och kristalliserar som gångar längs sprickor i berggrunden, ofta högre upp i jordskorpan. En del gångar kan ha varit tillförselkanaler till vulkaner. Exempel på gångbergarter är diabas och pegmatit.

Tunn diabasgång i gnejsgranit, Blekinge, ca 960 milj. år gammal. Foto: Åke Johansson

Pegmatitgång i Stockholmsgranit, Frescati, Stockholm, ca 1800 milj. år gammal. Foto: Åke Johansson

Magmatiska bergarter De flesta gångbergarter kristalliserar rätt snabbt och blir då finkornigare än motsvarande djupbergart. Diabas har samma sammansättning som gabbro, men är normalt mer finkornig. Pegmatit-gångar, vilka bildas ur de sista resterna av en granitmagma, är dock mycket grovkorniga, vilket har med den höga vattenhalten i restmagman att göra.

Diabas

Pegmatit

Magmatiska bergarter Vulkaniska ytbergarter (extrusiva bergarter) bildas när magman rinner ut på jordytan som lava vid ett vulkanutbrott. En del sådana bergarter är också bildade från vulkanaska (vilken består av mycket små lavafragment som slungats upp i luften vid explosiva utbrott) vilken hårdnat till fast bergart, såsom tuff eller ignimbrit.

Färsk basaltlava, Kilauea, Hawaii. Foto: Åke Johansson

Magmatiska bergarter Vulkaniska ytbergarter stelnar mycket snabbt, och blir mycket finkorniga eller täta; oftast syns inga kristaller för blotta ögat utan endast en jämngrå massa. Ibland innehåller de dock tidigare kristalliserade större strökorn av olika mineral i en tät mellanmassa; porfyr är en sådan bergart. Unga vulkaniska bergarter är ibland porösa och fulla av hålrum efter gasblåsor. Andra är täta och glasiga, utan någon kristallstruktur alls. Obsidian är vulkaniskt glas.

Porös basaltlava med gasblåsor

Andesit

Vulkanisk tuff (från aska) Ryolit med obsidian (svart)

Porfyr

Ignimbrit

Magmatiska bergarter Beroende på halten av kiseldioxid indelas magmatiska bergarter i ultrabasiska (< 45 vikts% SiO2), basiska (45 – 52 vikts% SiO2), intermediära (52 – 65 vikts% SiO2), och sura (> 65 vikts% SiO2). Tabellen nedan visar en enkel uppdelning av de magmatiska bergarterna i basiska, intermediära och sura yt-, gång- och djupbergarter.

Basisk

Intermediär

Sur

Ytbergart

Basalt

Andesit

Dacit, Ryolit

Gångbergart

Diabas

Djupbergart

Gabbro

Pegmatit, Aplit Diorit, Tonalit, Granodiorit, Granit Monzonit, Syenit

Magmatiska bergarter En lite mer sofistikerad klassificering tar även hänsyn till halten natrium + kalium i bergarterna (se diagrammet nedan).

ULTRABASISK BASISK

INTERMEDIÄR

SUR

I ett s.k. TAS-diagram (Total Alkali Silica) plottas halten Na2O + K2O (Total alkalis) mot SiO2 (Silica) från kemanalys av olik bergartsprov. Bergarten klassificeras sedan utifrån vilket fält den faller i. Bergartsnamn skrivna med STORA bokstäver är djupbergarter, de med små bokstäver motsvarande vulkaniska ytbergarter.

Magmatiska bergarter Ultrabasiska bergarter innehåller mest mörka järn- och magnesiumrika mineral som olivin, pyroxen och kanske amfibol (hornblände) och är mörka till färgen, ibland med en grönaktig färgton. Vittrade ytor kan dock ha rödbrun färg. De är ovanliga i jordskorpan men dominerar i den underliggande manteln.

Den ultrabasiska bergarten peridotit utgör en dominerande beståndsdel i jordens mantel, och består av mineralen olivin och pyroxen.

Magmatiska bergarter Basiska bergarter innehåller förutom mörka mineral som olivin, pyroxen och amfibol ofta även ljus plagioklas (Na-Ca-fältspat), men är ändå dominerande mörka till färgen, ibland spräckliga. Basiska magmor bildas genom uppsmältning av manteln. Basisk magmatism och vulkanism dominerar längs de mittoceana ryggarna, och basiska bergarter utgör därför en dominerande beståndsdel i oceanskorpan, men förekommer även lokalt i kontinenternas berggrund i form av gabbro-massiv, svärmar av diabas-gångar, eller vidsträckta områden med basalt-lavor, s.k. platå-basalter, ofta bildade i samband med uppsprickning av en kontinent.

Gabbro

Diabas

Basalt

Magmatiska bergarter Intermediära bergarter innehåller en blandning av ljusa och mörka mineral, och de grövre djupbergarterna har därför ett grå- eller rödspräckligt utseende, medan finkorniga ytbergarter är jämngrå. Intermediära magmor bildas huvudsakligen ovanför subduktionszoner där en oceanskorpeplatta pressas ner i manteln. Detta sker i vulkaniska öbågar som de vid Japan och Indonesien, eller direkt vid en kontinents kant, som utefter Sydamerikas västkust, där Anderna givit namn åt den intermediära vulkaniska bergarten andesit. Dessa magmor består ofta av en blandning av mantelmaterial och nedsmält äldre jordskorpa. Den kontinentala jordskorpan domineras av intermediära och sura bergarter, och har i genomsnitt en intermediär sammansättning.

Syenit

Andesit

Magmatiska bergarter Sura bergarter domineras av ljusa mineral som kvarts, fältspater, och ibland muskovit (ljus glimmer), men innehåller även mörka mineral som biotit (mörk glimmer) och ibland hornblände. Bergarter som granit är därför ljust gråspräckliga eller rödspräckliga, det senare om de innehåller mycket rödfärgad kali-fältspat. Sura (kiselrika) magmor förekommer längs subduktionszoner, men även inne i annars stabila kontinentplattor, och längs kollisionszoner mellan kontinenter där jordskorpan förtjockas, bergskedjor bildas, och de undre delarna av jordskorpan börjar smälta upp och bilda granitiska magmor. Ofta är magmornas ursprung omdiskuterat, mantel eller äldre jordskorpa. Sura (granitiska) bergarter utgör en viktig beståndsdel i kontinenternas berggrund.

Granit

Pegmatit

Porfyr

Metamorfa bergarter Metamorfos betyder omvandling. Metamorfa bergarter bildas genom omvandling av sedimentära eller magmatiska bergarter vid högt tryck och hög temperatur djupt nere i jordskorpan, oftast i samband med bergskedjeveckning. Ofta har de en skiffrig eller bandad och ådrig gnejs-struktur. Att vi kan se dem vid jordytan idag beror på att allt ovanliggande berg eroderats bort. Ådergnejs (i förgrunden), på Härnön i Ångermanland. De ljusa ådrorna består av kvarts och fältspat som smält upp under metamorfosen och sedan stelnat igen. Foto: Thomas Lundqvist

Metamorfa bergarter Vid metamorfosen kristalliserar mineralen i bergarten om, samtidigt som det genom kemiska reaktioner kan bildas nya metamorfa mineral, t.ex. granat. Genom tryck och rörelser i berggrunden får bergarten också en skiffrig eller gnejsig struktur, och ofta bildas veck i berggrunden när denna pressas ihop. Dessa kan variera i storlek från centimeter och decimeter (synliga i en häll) till flera kilometer (synliga i kartskala). Veckad ådergnejs, sydöstra Finland. Foto: Åke Johansson

Granatförande amfibolit. Granaterna är de rödbruna kristallerna.

Metamorfa bergarter Bergarter bildade i samband med kontinentkollisioner och bergskedjeveckning kallas regionalmetamorfa, eftersom de omfattar stora områden i berggrunden. Dessutom finns det kontaktmetamorfa bergarter, bildade i den heta kontaktzonen runt en magmatisk intrusivbergart, och dynamometamorfa bergarter, bildade genom rörelser i berggrunden längsmed förkastningar och överskjutningszoner.

Starkt förskiffrade bergarter i fjällkedjan nära Akkajaure i Norrbottens län (norra Lappland). Foto: Åke Johansson

Metamorfa bergarter Regionalmetamorfa bergarter bildas genom rörelser, högt tryck och värme i de undre delarna av en bergskedja. Är värmen tillräckligt hög kan det leda till uppsmältning och bildning av graniter och därmed besläktade magmatiska bergarter på djupet. En stor del av berggrunden i Sverige består av sådana metamorfa och magmatiska bergarter, bildade i rötterna till sedan länge borteroderade höga bergskedjor. Profil genom en tänkt bergskedja, bildad genom hopveckning och förtjockning av jordskorpan. Bergskedjan domineras av metamorfoserade, deformerade och veckade bergarter. På djupet kan även finnas magmatiska bergarter såsom granit, bildad genom uppsmältning av berggrunden vid temperaturer över 700 °C

Metamorfa bergarter Kontaktmetamorfa bergarter utmärks främst av hög temperatur vid bildandet, men lågt tryck och lite rörelser, och kan därför ha en massformig struktur. Dynamometamorfa bergarter utmärks främst av tryck och rörelser, och kan vara starkt nedkrossade och förskiffrade. Regionalmetamorfa bergarter har varit utsatta både för högt tryck och hög temperatur. Gnejs är en samlingsterm för olika sorters kraftigt omvandlade regionalmetamorfa bergarter med gnejsig struktur. Ursprunget kan vara magmatiskt (orthognejs) eller sedimentärt (paragnejs), men är ofta svårt att avgöra säkert. En stor del av den svenska berggrunden består av olika sorters gnejser.

Metamorfa bergarter Olika mineral är stabila vid olika tryck och temperaturer. Genom att undersöka vilka mineral en metamorf bergart innehåller, och även analysera deras kemiska sammansättning, kan man bestämma vilket tryck och vilken temperatur den varit utsatt för. Man talar i detta sammanhang om olika metamorfa facies med olika karaktäristiska mineral, exempelvis grönskifferfacies, amfibolitfacies, granulitfacies och eklogitfacies.

Tryck-temperaturdiagram som visar olika metamorfa facies. Trycket ökar neråt i diagrammet, temperaturen ökar mot höger.

Metamorfa bergarter Namngivningen av metamorfa bergarter är komplex, eftersom den både kan ta hänsyn till ursprungsbergartens karaktär och till bergartens nuvarande utseende och metamorfosgrad. Därtill kommer en del namn av historisk och lokal karaktär, ex. leptit och hälleflinta för sura metamorfa vulkaniter i Bergslagen. Slutresultatet vid metamorfosen är ofta någon form av gnejs, och begrepp som skiffer och gnejs är en sorts ”slasktermer” som kan innefatta bergarter av vitt skilda ursprung. Nedan följer en tabell där några namn på metamorfa bergarter samlats, utifrån ursprungsbergart och metamorfosgrad. Ursprungsbergart

Låg metamorfos

Medelhög met.

Hög metamorfos

Sandsten

Kvartsit

Kvartsit

Kvartsit

Kalksten

Marmor

Marmor

Marmor

Lerskiffer

Fyllit

Glimmerskiffer

Ådergnejs

Sur vulkanit

Hälleflinta

Leptit

Leptitgnejs

Granit

Gnejsgranit

Gnejsgranit

Granitgnejs

Basalt

Grönskiffer

Amfibolit

Eklogit

Gabbro

Grönsten

Amfibolit

Eklogit

Exempel på metamorfa bergarter… …av sedimentärt ursprung

Fyllit: svagt omvandlad lerskiffer

Glimmerskiffer: kraftigare omvandlad lerskiffer

Kvartsit: metamorf sandsten

Marmor: metamorf kalksten Ådergnejs, även kallad migmatit. Kan bildas från olika bergarter, oftast sedimentära såsom lerskiffer eller gråvacka, när temperaturen är tillräckligt hög (ca. 700 °C) för att bergarten delvis skall ha börjat smälta upp. De ljusa ådrorna är uppsmält och sedan stelnat material.

Exempel på metamorfa bergarter… …av magmatiskt ursprung

Leptit: mer omvandlad sur vulkanit Hälleflinta: måttligt omvandlad sur vulkanit

Grönsten: måttligt omvandlad basisk bergart

Amfibolit: kraftigare omvandlad basisk bergart (gabbro, diabas eller basalt). Stängligt utseende pga det höga innehållet av mineralet amfibol.

Exempel på metamorfa bergarter… …av magmatiskt ursprung

Granulit: högmetamorf bergart bildad i jordskorpans undre delar. Innehåller bl.a. mineralet pyroxen.

Gnejsgranit (orthognejs): omvandlad och deformerad granit. Liknar granit men har en gnejsig eller stänglig struktur. Eklogit: bergart bildad vid mycket högt tryck, kanske i en subduktionszon, från basiska bergarter. Består av pyroxen (grön) och granat (röd).

Mer om bergarter: http://www.nrm.se/faktaomnaturenochrymden/geologi/bergarterochmalmer http://www.sgu.se/om-geologi/berg/bergarter/ Fördjupningsmaterial om bergarter till denna presentation att ladda ner som pdf-fil: http://www.geologinsdag.nu/web/page.aspx?refid=2916

Föreningen för Geologins Dag och Naturhistoriska riksmuseet, 2015