Rock Provenance etter Petrologic Methods

Før eller siden blir nesten hver stein på jorden brutt ned i sediment, og sedimentet blir deretter ført bort et annet sted av tyngdekraft, vann, vind eller is. Vi ser at dette skjer hver dag i landet rundt oss, og bergsyklus etiketter som sett med hendelser og prosesser erosjon.

Vi burde kunne se på et bestemt sediment og fortelle noe om steinene det kom fra. Hvis du tenker på en stein som et dokument, er sediment det dokumentet makulert. Selv om et dokument er makulert ned til for eksempel bokstaver, kan vi studere bokstavene og fortelle ganske enkelt hvilket språk det ble skrevet på. Hvis det ble bevart noen hele ord, kunne vi komme med en god gjetning om dokumentets emne, dets ordforråd, til og med dets alder. Og hvis en setning eller to slapp unna makulering, kan vi til og med matche den med boken eller papiret den kom fra.

Denne typen forskning på sedimenter kalles proveniensstudier. I geologi betyr herkomst (rim med "forsyn") hvor sedimentene kom fra og hvordan de kom dit de er i dag. Det betyr å jobbe bakover eller oppstrøms fra sedimentkornene vi har (strimlene) for å få et inntrykk av berget eller bergartene de pleide å være (dokumentene). Det er en veldig geologisk måte å tenke på, og herkomststudier har eksplodert de siste tiårene.

Provenance er et tema begrenset til sedimentære bergarter: sandstein og konglomerat. Det er måter å karakteriserer protolittene til metamorfe bergarter og kildene til stollende bergarter som granitt eller basalt, men de er vage i sammenligning.

Den første tingen å vite, når du resonerer deg oppstrøms, er at transport av sediment forandrer det. Transportprosessen bryter bergarter i stadig mindre partikler fra kampestein til leirestørrelse, ved fysisk slitasje. Og samtidig blir de fleste mineralene i sedimentet kjemisk endret og forlater bare noen få motstandsdyktige. Lang transport i bekker kan også sortere mineralene i sediment etter dens tetthet, slik at lette mineraler som kvarts og feltspat kan bevege seg foran tunge som magnetitt og sirkon.

For det andre, når sediment en gang kommer til et hvilested - et sedimentært basseng - og blir til sedimentær bergart, kan nye mineraler dannes i det ved diagenetiske prosesser.

Å gjøre herkomststudier, krever at du ignorerer noen ting og visualiserer andre ting som tidligere var til stede. Det er ikke enkelt, men vi blir bedre med erfaring og nye verktøy. Denne artikkelen fokuserer på petrologiske teknikker, basert på enkle observasjoner av mineraler under mikroskopet. Dette er den slags ting geologi studentene lærer på sine første laboratoriekurs. Den andre hovedavenyen for proveniensstudier bruker kjemiske teknikker, og mange studier kombinerer begge.

De store steinene (fenoklaster) i konglomerater er som fossiler, men i stedet for å være eksempler på gamle levende ting, er de eksempler på gamle landskap. Akkurat som steinblokker i en elveleie representerer åsene oppstrøms og oppover, vitner konglomeratstørrelser generelt om det nærliggende landskapet, ikke mer enn noen titalls kilometer unna.

Det er ingen overraskelse at elvegravler inneholder biter av åsene rundt dem. Men det kan være interessant å finne ut at bergartene i et konglomerat er de eneste tingene som er igjen fra åser som forsvant for mange millioner år siden. Og denne typen faktum kan være spesielt meningsfulle på steder der landskapet har blitt omorganisert av feil. Når to vidt adskilte utkrop av konglomerater har den samme blandingen av sammenstøt, er det sterke bevis på at de en gang var veldig nær hverandre.

En populær tilnærming for å analysere godt bevarte sandsteiner som ble ledet rundt 1980 er å sortere de forskjellige slags korn i tre klasser og plotte dem etter prosentene på en trekantet graf, en ternær diagram. Det ene punktet i trekanten er for 100% kvarts, det andre er for 100% feltspat og det tredje er for 100% litikk: bergfragmenter som ikke helt har blitt brutt ned til isolerte mineraler. (Alt som ikke er en av disse tre, vanligvis en liten brøkdel, blir ignorert.)

Det viser seg at bergarter fra visse tektoniske omgivelser lager sedimenter - og sandsteiner - som plottes på ganske konsistente steder på det ternære QFL-diagrammet. For eksempel er steiner fra det indre av kontinenter rik på kvarts og har nesten ingen litikker. Bergarter fra vulkansk bue har lite kvarts. Og bergarter avledet fra resirkulerte bergarter av fjellkjeder har lite feltspat.

Når det er nødvendig, kan korn av kvarts som faktisk er litikker - biter av kvartsitt eller chert i stedet for biter av enkelt kvarts-krystaller - flyttes over til litikk-kategorien. Denne klassifiseringen bruker et QmFLt-diagram (monokrystallinsk kvarts-feltspat – total litikk). Disse fungerer ganske bra med å fortelle hva slags platetektonisk land som ga sand i en gitt sandstein.

I tillegg til de tre viktigste ingrediensene (kvarts, feltspat og litikk) har sandsteiner noen få mindre ingredienser, eller tilbehørsmineraler, hentet fra kildebergartene. Bortsett fra glimmermineralet muskovitt, er de relativt tette, så de kalles vanligvis tunge mineraler. Tettheten deres gjør dem enkle å skille fra resten av en sandstein. Disse kan være informative.

For eksempel er et stort område med stollende bergarter egnet til å gi korn av harde primære mineraler som augitt, ilmenitt eller kromitt. Metamorfe terraner tilfører ting som granat, rutil og staurolit. Andre tunge mineraler som magnetitt, titanitt og turmalin kan komme fra begge.

zirkon er eksepsjonell blant de tunge mineralene. Den er så tøff og inert at den kan holde ut i milliarder av år, og resirkuleres om og om igjen som myntene i lommen. Den store utholdenheten til disse detritale zirkonene har ført til et veldig aktivt felt av proveniensforskning som starter med å skille hundrevis av mikroskopiske zirkonkorn, for deretter å bestemme alderen til hver enkelt ved hjelp av isotopiske metoder. De enkelte aldre er ikke så viktige som blandingen av aldre. Alle store bergarter har sin egen blanding av zirkonalder, og blandingen kan gjenkjennes i sedimentene som eroderer fra den.

Detrital-zirkon-proveniensstudier er kraftige, og så populære i dag at de ofte er forkortet "DZ". Men de er avhengige av dyre laboratorier og utstyr og klargjøring, så de brukes hovedsakelig til høy utbetaling forskning. De eldre måtene å sile, sortere og telle mineralkorn er fremdeles nyttige.