Skorpen er Jordens yderste klippelag, der er adskilt i sammensætning. Hvad er jordskorpen lavet af? Svaret på dette spørgsmål afhænger af, om vi ønsker at vide, hvilke kemiske grundstoffer, mineraler eller bjergarter den er lavet af. Det kan være overraskende, men omkring et dusin kemiske grundstoffer, mineraler eller bjergarter er alt, hvad der skal til for at beskrive ca. 99 % af jordskorpen. Denne artikel handler om disse virkelig almindelige og måske nogle lidt mindre almindelige, men bemærkelsesværdige byggesten i jorden under vores fødder.
Fælles bjergarter i jordskorpen. Igneøse bjergarter i den første række: granit, gabbro, basalt. Metamorfe bjergarter i anden række: gnejs, skifer, amfibolit. Sedimentære bjergarter i tredje række: sandsten, skifer, kalksten.
Disse tal varierer mellem de forskellige undersøgelser, fordi vi ikke har nogen mulighed for at vide det med sikkerhed.
Dette er et skøn over den kemiske sammensætning af jordskorpen baseret på vores forståelse af de relative andele af forskellige bjergartstyper i jordskorpen og deres gennemsnitlige sammensætning.
Vores forståelse er med sikkerhed begrænset, fordi den gennemsnitlige kontinentale skorpe er mere end 40 km tyk, men vi har ingen mulighed for at udtage direkte prøver af den. De dybeste miner rækker kun til 4 km, og det dybeste borehul er 12 km dybt.
| Element | Masseprocent | Fælles mineraler | Fælles bjergarter | |
|---|---|---|---|---|
| Syren | 46,6 | Silikater, oxider osv. Ilt er ekstremt udbredt i jordskorpen og er også meget reaktivt. En volumenmæssigt ubetydelig del af alle mineraler indeholder ingen ilt. | Næsten alle almindelige bjergarter indeholder ilt. Kun sulfidmalmkilder og evaporitlag er næsten fri for ilt, men de er volumetrisk set relativt ubetydelige. | |
| Silicium | 27,7 | Silicium har sin helt egen store gruppe af mineraler, der kaldes silikater. Mere end 90 % af jordskorpen består af silikatmineraler. Silicium og ilt er de to mest almindelige kemiske grundstoffer i jordskorpen, som også tilfældigvis kan lide hinandens selskab meget godt. Rent siliciumoxid er kendt som mineralkvarts, som udgør 12 % af jordskorpen. Der findes ikke et eneste almindeligt ikke-silikatmineral, der indeholder silicium – silicium kombineres altid med ilt. | Silikatmineraler er byggestenene i de fleste almindelige bjergarter (basalt, granit, skifer, gnejs, sandsten osv.). Karbonatbjergarter (kalksten, dolomitbjergarter) og evaporitter (gipsbjergarter, stensalt) er bemærkelsesværdige undtagelser. De indeholder ikke silicium, hvis de er rene. Uigennemsigtige malmmineraler (oxider og sulfider) er hyppige mindre bestanddele i de fleste bjergarter. De er også fri for silicium. | |
| Aluminium | 8,1 | Meget udbredt i silikatmineraler (feldspat, lermineraler, glimmer). Aluminiumhydroxider (boehmit, diaspore, gibbsit) er økonomisk vigtige som aluminiummalmmineraler. | Feldspat er meget almindelige mineraler i jordskorpen, mere end halvdelen (51%) af jordskorpen består af denne mineralgruppe. Glimmer og lermineraler er også almindelige, begge udgør ca. 5% af skorpen. Derfor er aluminium også meget udbredt. Det er dog normalt ikke særlig koncentreret i silikatmineraler. Aluminium er meget sjældent blevet udvundet fra silikatbjergarter. Bauxit, som er aluminiumrig laterit, der er dannet i fugtige varme områder, indeholder aluminiumhydroxider og udvindes primært for aluminium. Aluminium i bauxit er en rest fra kemisk forvitring af silikatbjergarter. | |
| Iron | 5,0 | Iron er et udbredt grundstof i mineraler. Bemærkelsesværdige jernrige silikatmineraler er pyroxener, amfiboler, olivin, sort glimmer biotit, granat osv. Jern er også et vigtigt grundstof i sedimentære bjergarter. Det er ligesom aluminium svært opløseligt og svært at føre væk med vand. Jern er almindeligt i lateritisk jord og danner det rustfarvede jernoxidmineral hematit. Hæmatit er ansvarlig for den røde farve i mange mineraler og bjergarter. Jernoxid magnetit er almindeligt som et accessorisk mineral i metamorfe og magmatiske bjergarter. Jernsulfid pyrit er det mest almindelige sulfidmineral. Jern forekommer også i karbonater (siderit, ankerit) og lermineraler (glauconit, klorit). Jern er et stærkt kromoforelement, der giver værtsmineralerne en mørk farve. Det er derfor, at de fleste pyroxener og amfiboler er sorte. | Jern er faktisk det enkelte mest rigelige kemiske grundstof i hele Jorden, men det meste af det befinder sig i kernen. Basalt, gabbro, amfibolit, grønskifer osv. er de mest bemærkelsesværdige skorpebjergarter, der indeholder masser af jern. Der findes en lang række bjergarter, der indeholder betydelige mængder jern, men det meste af det jern, der udvindes, kommer fra metamorfoserede sedimentære bjergarter, der er kendt som BIF (banded iron formation). | |
| Kalcium | 3,6 | Kalcium er også meget udbredt. Det er altid til stede i plagioklas-feldspater (39 % af skorpen), men mængden af calcium varierer der. De vigtigste pyroxener og amfiboler (augit og hornblende) indeholder calcium. Calcium forekommer i mange andre silikatmineraler som granat, epidot, wollastonit, titanit osv. Calcium er en bestanddel af calcit, som er et meget vigtigt mineral, hovedsagelig i sedimentære miljøer. Calciumphosphat apatit er også et almindeligt mineral. Gips er et vigtigt evaporitmineral, som er kemisk hydreret calciumsulfat. Calciumfluorid er kendt som mineral fluorit. | Forekommer med lige stor succes i magmatiske, sedimentære og metamorfe bjergarter. Særligt velkendt calciumholdig bjergart er kalksten. Dens metamorfoserede pendant er marmor. Marmor består ligesom kalksten af calcit. Calcit er et bemærkelsesværdigt mineral. Der findes endda magmatiske bjergarter, der består af ren calcit. Den er kendt som karbonatit, men den er meget sjælden sammenlignet med kalksten og marmor. Calcium indgår som regel i mineraler som plagioklas, pyroxener og amfiboler i magmatiske bjergarter. Den vigtigste calciumholdige metamorfe bjergart er amfibolit (metamorfoseret basalt, hvor calcium er indeholdt i hornblende og plagioklas). Fosforit er en anden vigtig kalciumholdig sedimentær bjergart (kalcium er indeholdt i fosfatmineralet apatit). Calcium forekommer også i evaporitter som mineral gips. | |
| Sodium | 2,8 | Sodium er udbredt i silikatmineraler. Det er en vigtig bestanddel af både alkaliske feldspat og plagioklas. Natriumholdige pyroxener er relativt sjældne. Natrium er noget mere udbredt i amfiboler, men ikke i lige så høj grad som calcium. Et velkendt natriumholdigt silikatmineral er turmalin. Natrium er en vigtig bestanddel af feltspathoider, men både feltspathoider og mineraler fra turmalin-gruppen er relativt sjældne. Vigtigste natriumholdige mineral i sedimentære miljøer er halit (NaCl). | Gegne- og metamorfe bjergarter, der indeholder feldspat. En stor del af natrium fra forvitrede magmatiske og metamorfe bjergarter er opløst i havvand. Klippesalt er den vigtigste natriumholdige sedimentære bjergart. | |
| Kalium | 2,6 | Kalium og natrium er kemiske grundstoffer, der både kemisk og geologisk set ligner hinanden. Kalium er en vigtig bestanddel af alkaliske feldspater. De fleste alkali-feldspater indeholder meget mere kalium end natrium og omtales derfor ofte som K-feldspater. Vigtige kaliumholdige silikatmineraler er micas (5 % af jordskorpen). Biotit og muscovit er de vigtigste micas, og de indeholder begge kalium. Det vigtigste kaliumholdige sedimentære mineral er sylvit (KCl). | Alkali-feldspater og micas er almindelige bjergarter i silikat-igneøse og metamorfe bjergarter (granit, gnejs, skifer osv.). En stor del af kalium fra forvitrede magmatiske og metamorfe bjergarter er opløst i havvand. Sylvit er ikke så almindelig evaporit som halit (stensalt), fordi det kræver en meget højere fordampningshastighed at udfælde sylvit. | |
| Magnesium | 2.1 | Magnesium er meget udbredt i kappen under jordskorpen. Olivin og pyroxen er de vigtigste Mg-holdige mineraler der, og disse mineraler er også bestanddele af nogle af skorpeens bjergarter, især mørkfarvede magmatiske bjergarter. Amphiboler indeholder også magnesium, men mindre end pyroxener. Magnesiumionen ligner jern i størrelse og kan derfor let erstatte jern i gitteret i mineralerne. Dette er tilfældet i olivin, pyroxener, amfiboler og endda i micas (phlogopit er en Mg-rig variant af biotit). Vigtige Mg-rige mineraler i metamorfe bjergarter er talkum og serpentin. Magnesium i det sedimentære miljø forekommer hovedsageligt i karbonater dolomit og magnesit. Masser af magnesium er opløst i havvand. Magnesium udvindes af havvand. | Vigtige Mg-holdige magmatiske bjergarter er ultramafiske bjergarter (peridotit, pyroxenit). Bjergarter, der indeholder mange pyroxener som basalt og gabbro, indeholder også Mg, men i mindre grad. Metamorfe Mg-rige bjergarter er serpentinit og talgskifer. Den vigtigste Mg-holdige sedimentære bjergart er dolomitbjergart, som er tidligere kalksten, der er omdannet til dolomit af Mg-rigt meteorvand, der gennemsyrer kalksten. | |
| Andre | 1,5 | Andre almindelige grundstoffer i jordskorpen er titan, hydrogen, fosfor, mangan, fluor osv. Deres forekomst er noget mere begrænset, men de er alle vigtige grundstoffer i mineraler og bjergarter. Brint er faktisk en yderst udbredt bestanddel af en lang række mineraler, men det er det letteste kemiske grundstof og udgør derfor ikke en væsentlig del af jordskorpen målt i masse. | ||
De hyppigst forekommende mineraler i jordskorpen
Hvis disse mineraler virkelig er så almindelige, burde vi alle være mere end bekendt med dem. Ja, det tror jeg, vi er. Selv om vi ikke ved, hvordan vi skal navngive dem, har vi helt sikkert set dem. For de fleste mennesker er de ovenfor nævnte silikater så kedelige og almindelige, at vi sandsynligvis ikke lægger mærke til dem eller er opmærksomme på dem. Nedenfor er et udvalg af fotos, der viser disse mineraler i deres naturlige miljøer (udgravninger og håndprøver). Jeg viser med vilje mineralerne i stenene, fordi det er sådan, de forekommer i jordskorpen. Smukke prøver med perfekte krystalflader kan være rare at se på, men de er sjældne i jordskorpen. Jeg sætter ikke pris på sådanne krystaller som undervisningsmateriale. Det er yderst usandsynligt, at du finder dem på egen hånd, og derfor lærer de os meget lidt.
Plagioklas er det vigtigste mineral i jordskorpen. Det er almindeligt i mafiske magmatiske bjergarter som diabasprøven ovenfor. Hvide aflange fenokrystaller i finere basaltisk grundmasse er plagioklaskrystaller. Sorte krystaller tilhører pyroxen (mineral augit). Både augit og plagioklas forekommer også i den finkornede grundmasse. Store krystaller dannedes langsomt, før magmaen gik i udbrud, og resten størknede hurtigt. Plagioklas er så almindelig, fordi basaltiske bjergarter og deres metamorfe ækvivalenter er meget udbredte. Det meste af den oceaniske skorpe består af basaltiske bjergarter. Prøven er fra Tenerife på De Kanariske Øer. Prøvens bredde 14 cm.
Endnu en prøve af basaltisk bjergart, men denne gang med masser af olivin. Olivin (grønt) er tættere end plagioklas og pyroxen (begge er til stede i grundmassen) og synker derfor til bunds i lavastrømme, hvor der dannes olivinkumulerede sten. Denne prøve af olivinbasalt er fra Oahu, Hawaii. Prøvens bredde er 6 cm. 
Lejmineralerne er for små til at blive vist enkeltvis. Selv med et lysmikroskop vil man kun se mudder eller støv, afhængigt af om disse mineraler er våde eller tørre. Lermineraler er silikater, der er produkter af forvitring af andre silikatmineraler, for det meste feldspat. Billedet er taget i et lergrav i Estland.
Biotit er et af de to vigtigste glimmermineraler. Det andet er lys muscovit. Prøven er fra Evje i Norge. Prøvens bredde er 11 cm.
De hyppigst forekommende bjergarter i jordskorpen
Bjergarter inddeles i tre store grupper: magmatiske, metamorfe og sedimentære bjergarter. Den oceaniske skorpe består i vid udstrækning af basaltiske magmatiske bjergarter, som er dækket af en tynd fernis af sedimenter, der er tykkest nær kanten af de kontinentale landmasser. Den kontinentale skorpe er meget tykkere og ældre. Den kontinentale skorpe er også meget mere variabel og strukturelt set meget kompleks. Stort set alle de bjergarter, som mennesket kender, forekommer i den kontinentale skorpe. Selv meteoritter, xenolitter fra kappen og ophiolitter (fragmenter af tidligere oceanisk skorpe) er bestanddele af den kontinentale skorpe, fordi det er der, vi har fundet dem.
Omkring tre fjerdedele af den kontinentale skorpe er dækket af sedimentære bjergarter, og næsten det hele er dækket af løse sedimenter (jord, sand, snavs osv.). Det er mest sandsynligt, at vi støder på disse materialer, men det er vigtigt at forstå, at selv om de er så allestedsnærværende på overfladen, udgør de kun ca. 8 % af hele jordskorpens masse. Sedimenter konsoliderer sig til sedimentære bjergarter efter begravelse. Sand bliver til sandsten, kalkholdigt mudder bliver til kalksten, ler bliver til lersten. Sedimentære bjergarter er kun stabile i de øverste dele af jordskorpen. Ved højt tryk og høj temperatur i de dybere dele omdannes de (mineralerne omkrystalliseres) til forskellige metamorfe bjergarter. Hovedparten af den kontinentale jordskorpe består af metamorfe bjergarter. Igneøse bjergarter er også almindelige på overfladen i vulkansk aktive områder, men de forekommer også dybere i jordskorpen som granitiske (for det meste) intrusioner.
Vigtige sedimenter er sand, ler, mudder (våd blanding af ler og fint sand) og kalkholdigt mudder. Udbredte sedimentære bjergarter er kalksten (2 % af skorpen i volumen), sandsten (1,7 %), lersten (4,2 %), som er lithificerede udgaver af de førnævnte løse sedimenter. Kemiske sedimenter som halit og gips er også vigtige, men deres samlede volumen er klart mindre end 1 % af skorpen. Vigtige magmatiske bjergarter er granit, granodiorit, gabbro, basalt, diorit, andesit osv. Det er meget vanskeligt at sige, hvor stor procentdelen af disse bjergarter er. Vigtige metamorfe bjergarter er de metamorfoserede ækvivalenter af udbredte sedimentære og magmatiske bjergarter. Almindelige metamorfe bjergarter er skifer (metamorfoseret lersten), skifer (met. lersten, af højere kvalitet end skifer), kvartsit (met. sandsten), marmor (met. kalksten), gnejs (met. magmatisk bjergart eller sedimentære bjergarter), amfibolit (met. basaltiske bjergarter).
Sedimenter og sedimentære bjergarter
Størstedelen af karbonatbjergarterne var engang karbonatslam på havbunden. Dette mudder består af små karbonatskaller af foraminiferer, coccolithophorer, snegle mv. Denne prøve er et koralsand fra Bermuda, som består af stumper og stykker af koralrev og foram-test. Synsbredde 32 mm.
Sandsten er et lithificeret sand. Denne sandprøve er et klitsand fra Gobiørkenen i Mongoliet. Synsbredde 10 mm.
Kalksten er normalt sammensat af kalkholdige rester af marine levende former. Nogle gange er de store nok til at kunne ses med det blotte øje. Her er en fossiliferisk kalksten fra Estland (Ordovicium) med fossiler af trilobitter, brachiopoder, bryozoer m.m. Prøvens bredde 16 cm.
Gypsum er et evaporitmineral. Evaporitter er vandopløselige kemiske sedimenter, der krystalliserer ud af koncentreret (højt saltindhold) havvand i laguner. Billedet er taget på Cypern.
Sandsten er et lithificeret sand. Den rødlige farve skyldes fint hæmatit (jernoxid) pulver, der dækker kvartskorn, som udgør størstedelen af sedimentet. Et udbrud af devonisk sandsten i Estland.
Kalksten er i de fleste tilfælde en lithificeret kalkholdig muddersten. Et udbrud af silurisk kalksten i Saaremaa, Estland.
Slamsten (alternative navne er skifer, lersten og argillit) er en lithificeret muddersten. Et udbrud i Skotland. Hammer for skala. Slamsten er de mest almindelige sedimentære bjergarter.
Slamsten dannes i de fleste tilfælde, når hurtigt bevægende undervandslaviner af mudret vand bevæger sig ned ad kontinentalskråningen. En sådan sedimentstrøm er kendt som en turbiditetsstrøm. Turbiditetsstrømmen er typisk sammensat af mange vekslende lag af siltsten (meget fin sandsten) og mudder. Silt bundfælder hurtigere end lermineraler, og derfor består hver strøm af to forskellige lag (der kan være endnu flere). Her er et billede af mørkfarvet lersten og lys siltsten nedenunder. Disse prøver er fra en turbiditetsstrøm fra Spanien. Prøverne er fra et enkelt udbrud, men de lå ikke ved siden af hinanden der. Bredden af prøverne er ca. 20 cm.
Et udbrud af turbidit i Marokko. Sedimentære sekvenser som denne var tidligere kendt som flysch. Denne betegnelse bruges i dag sjældent, fordi forklaringen på, hvordan flysch dannes, er klart forældet nu. Det var tidligere en integreret del af den geosynkliniske teori, som forsøgte at forklare bjergdannelsesprocessen, før vi forstod, at der findes en langt bedre forklaring kendt som pladetektonik.
Gegnetiske bjergarter
Gnetiske bjergarter klassificeres efter deres indhold af silica. Bjergarter, der indeholder meget silica, er normalt lyse. De vigtigste mineraler er feldspat og kvarts. Disse bjergarter betegnes som felsiske bjergarter (feldspat + silica). Almindelige felsiske bjergarter er granit og rhyolit. Mafiske bjergarter har et lavt indhold af silica, men et relativt højt indhold af magnesium og jern. De er mørkfarvede og kaldes mafiske bjergarter (magnesium + jern). Men uanset om de er felsiske eller mafiske, indeholder disse bjergarter altid meget mere silicium end magnesium eller jern. Vigtige mineraler i mafiske bjergarter er pyroxen, plagioklas og undertiden også olivin eller amfibol. Der findes også bjergarter med en mellemliggende sammensætning (diorit og andesit).
Igneøse bjergarter inddeles yderligere i intrusive (plutoniske) og ekstrusive (vulkanske) bjergarter. Intrusive bjergarter er grovkornede og ekstrusive bjergarter er finkornede. Granit, diorit og gabbro er intrusive bjergarter. Rhyolit, andesit og basalt er vulkanske bjergarter. Felsiske bjergarter er meget mere tyktflydende og bryder derfor relativt sjældent ud til overfladen. De størkner normalt som intrusive bjergarter. Derfor er granit en meget almindelig bjergart, mens rhyolit ikke er sjælden, men langt fra lige så udbredt som granit. Det er anderledes med mafiske bjergarter. Basaltisk magma er mindre tyktflydende og flyder relativt let op til overfladen. Basalt er en meget almindelig bjergartstype, især i den øverste del af den oceaniske skorpe. Andesit ligger et sted i midten. Det er en ret almindelig bjergart, der er forbundet med vulkanisme i subduktionszonen, men den er ikke så udbredt som basalt.
Iøvrigt er den gennemsnitlige sammensætning af den kontinentale skorpe andesit. Derfor mener vi, at det giver os et hint om, hvordan den kontinentale skorpe er dannet. Det er vulkanisme i subduktionszonen, der skaber lava med en mellemliggende sammensætning, som er mindre tæt end basaltiske sten i den oceaniske skorpe og derfor ikke er i stand til at dykke tilbage i kappen. Den kontinentale skorpe bliver altså ikke genanvendt af transportbåndet fra den oceaniske skorpe og kan kun vokse sig større og større med tiden.
Rhyolit er en vulkansk ækvivalent til granit. Prøven fra Skotland er 8 cm bred.
Gabbro er en mafisk intrusiv bjergart. Prøven fra Cypern (fra Troodos-ophiolitten, som repræsenterer tidligere oceanisk skorpe) er 7 cm bred.
Basalt er en vulkansk ækvivalent til gabbro. Prøven fra Nordirland er 8 cm bred.
Andesit er en almindelig vulkansk bjergart, der har en mellemliggende sammensætning mellem mafiske og felsiske bjergarter. Det hvide mineral er plagioklas. Bredden af prøven fra Santorini er 7 cm.
Metamorfe bjergarter
Denne bjergart var engang sandsten, men den blev begravet så dybt, at kvartskorn smeltede sammen og dannede en hård metamorf bjergart, der kaldes kvartsit. Prøven er fra Irland.
Marmor er en metamorfoseret kalksten. Den består af calcit. Udskiften ligger i Karelen, Rusland.
Skifer er en stærkt folieret metamorf bjergart, sandsynligvis en metamorfoseret muddersten. Foto taget i Skotland.
En håndprøve af skifer fra Spanien. Prøvens bredde 9 cm.
Khloritskifer er en metamorfoseret mafisk magmatisk magmatisk bjergart, der er rig på jernholdigt grønt pladesilikatmineral klorit, der giver skiferkløvning til bjergarten. Prøvens bredde 13 cm.
Gnejs er en meget almindelig metamorfisk bjergart. Måske består op til en femtedel af jordskorpen af gnejsiske bjergarter. Karelen, Rusland. Dette eksemplar har en sammensætning som en almindelig granit: lyserød K-feltspat, grå kvarts og sort biotit. Prøvens bredde 11 cm.