De korst is qua samenstelling de buitenste rotslaag van de Aarde. Waar is de korst van gemaakt? Het antwoord op deze vraag hangt af van de vraag of we willen weten uit welke chemische elementen, mineralen of gesteentesoorten de korst is opgebouwd. Het is misschien verrassend, maar ongeveer een dozijn chemische elementen, mineralen of gesteentesoorten is alles wat nodig is om ongeveer 99% van de korst te beschrijven. Dit artikel gaat over deze echt veel voorkomende en misschien wat minder voorkomende maar opmerkelijke bouwstenen van de grond onder onze voeten.
Gemeenschappelijke gesteenten in de korst. Igne gesteenten in de eerste rij: graniet, gabbro, basalt. Metamorfe gesteenten in de tweede rij: gneis, schist, amfiboliet. Sedimentgesteenten in de derde rij: zandsteen, leisteen, kalksteen.
De cijfers variëren tussen de verschillende studies omdat we het echt niet met zekerheid kunnen weten.
Dit is een schatting van de chemische samenstelling van de korst, gebaseerd op ons begrip van de relatieve verhoudingen van de verschillende soorten gesteenten in de korst en hun gemiddelde samenstelling.
Onze kennis is zeker beperkt omdat de gemiddelde continentale korst meer dan 40 km dik is, maar we hebben geen manier om er rechtstreeks monsters van te nemen. De diepste mijnen reiken slechts 4 km en het diepste boorgat is 12 km diep.
| Element | Massapercentage | Gemeenschappelijke mineralen | Gemeenschappelijke gesteenten |
|---|---|---|---|
| Zuurstof | 46,6 | Silicaten, oxiden, enz. Zuurstof is zeer wijdverspreid in de korst en ook zeer reactief. Een volumetrisch onbeduidend deel van alle mineralen bevat geen zuurstof. | Bijna alle gangbare gesteentesoorten bevatten zuurstof. Alleen sulfide ertslichamen en evaporietbedden bevatten vrijwel geen zuurstof, maar zijn volumetrisch betrekkelijk onbeduidend. |
| Silicium | 27,7 | Silicium heeft een geheel eigen grote groep mineralen die silicaten worden genoemd. Meer dan 90% van de korst bestaat uit silicaatmineralen. Silicium en zuurstof zijn de twee meest voorkomende chemische elementen in de korst die toevallig ook erg van elkaars gezelschap houden. Zuiver siliciumoxide is bekend als het mineraal kwarts, dat 12% van de korst uitmaakt. Er is geen enkel algemeen niet-silicaat mineraal dat silicium bevat – silicium verbindt zich altijd met zuurstof. | Silicaat mineralen zijn de bouwstenen van de meest voorkomende soorten gesteenten (basalt, graniet, schist, gneis, zandsteen, enz.). Carbonaatgesteenten (kalksteen, dolomietgesteente) en evaporieten (gipsgesteente, steenzout) zijn opmerkelijke uitzonderingen. Zij bevatten geen silicium als zij zuiver zijn. Opake ertsmineralen (oxiden en sulfiden) zijn frequente minder belangrijke componenten van de meeste gesteentetypen. Zij zijn ook vrij van silicium. |
| Aluminium | 8.1 | Veel voorkomend in silicaatmineralen (veldspaat, kleimineralen, mica). Aluminiumhydroxiden (boehmiet, diaspore, gibbsiet) zijn economisch belangrijk als aluminiumertsmineralen. | Veldspaten zijn zeer veel voorkomende mineralen in de korst, meer dan de helft (51%) van de korst bestaat uit deze mineraalgroep. Mica en kleimineralen komen ook veel voor, beide maken ongeveer 5% van de korst uit. Aluminium is dus ook zeer wijdverspreid. Het is echter meestal niet erg geconcentreerd in silicaatmineralen. Aluminium is slechts zelden uit silicaatgesteenten gewonnen. Bauxiet, een aluminiumrijk lateriet dat in vochtig hete gebieden wordt gevormd, bevat aluminiumhydroxiden en wordt voornamelijk voor de winning van aluminium gebruikt. Het aluminium in bauxiet is een residu van chemische verwering van silicaatgesteenten. |
| Iron | 5.0 | Iron is een wijdverbreid element in mineralen. Bekende ijzerrijke silicaatmineralen zijn pyroxenen, amfibolen, olivijn, zwarte mica biotiet, granaat, enz. IJzer is ook een belangrijk element in sedimentgesteenten. Het is net als aluminium moeilijk op te lossen en met water mee te voeren. IJzer komt veel voor in lateritische grond en vormt het roestkleurige ijzeroxide mineraal hematiet. Hematiet is verantwoordelijk voor de rode kleur van veel mineralen en gesteentesoorten. IJzeroxide magnetiet komt veel voor als bijkomend mineraal in metamorfe en stollingsgesteenten. IJzersulfide pyriet is het meest voorkomende sulfide mineraal. IJzer komt ook voor in carbonaten (sideriet, ankeriet) en kleimineralen (glauconiet, chloriet). IJzer is een sterk chromofoor element, het geeft een donkere kleuring aan zijn gastheer mineralen. Dit is de reden waarom de meeste pyroxenen en amfibolen zwart zijn. | Iron is eigenlijk het meest overvloedige chemische element in de hele Aarde, maar het meeste ervan bevindt zich in de kern. Basalt, gabbro, amfiboliet, greenschist, enz. zijn de meest opmerkelijke gesteenten van de aardkorst die veel ijzer bevatten. Er is een groot aantal gesteentesoorten dat een aanzienlijke hoeveelheid ijzer bevat, maar het meeste ijzer dat wordt gewonnen komt uit gemetamorfoseerde sedimentaire gesteenten die bekend staan als BIF (banded iron formation). |
| Calcium | 3.6 | Calcium is ook zeer wijdverbreid. Het is altijd aanwezig in plagioklaas veldspaten (39% van de korst), maar de hoeveelheid calcium varieert daar. De belangrijkste pyroxenen en amfibolen (augiet en hoornblende) bevatten calcium. Calcium komt voor in vele andere silicaatmineralen zoals granaat, epidoot, wollastoniet, titaniet, enz. Calcium is een bestanddeel van calciet, een zeer belangrijk mineraal, vooral in sedimentaire milieus. Calciumfosfaatapatiet is ook een veel voorkomend mineraal. Gips is een belangrijk evaporietmineraal dat chemisch gehydrateerd calciumsulfaat is. Calciumfluoride is bekend als het mineraal fluoriet. | Komt even succesvol voor in stollingsgesteenten, sedimentgesteenten en metamorfe gesteenten. Vooral bekend calciumhoudend gesteente is kalksteen. Zijn gemetamorfoseerde equivalent is marmer. Marmer bestaat net als kalksteen uit calciet. Calciet is een opmerkelijk mineraal. Er bestaat zelfs een stollingsgesteente dat uit zuiver calciet bestaat. Het staat bekend als carbonatiet, maar het is zeer zeldzaam in vergelijking met kalksteen en marmer. Calcium maakt in stollingsgesteenten meestal deel uit van mineralen zoals plagioklaas, pyroxeen en amfibolen. Het belangrijkste calciumhoudende metamorfe gesteente is amfiboliet (gemetamorfoseerd basalt, calcium is ondergebracht in hoornblende en plagioklaas). Fosforiet is een ander belangrijk calciumhoudend sedimentgesteente (calcium is gehost door het fosfaatmineraal apatiet). Calcium komt ook voor in evaporieten als mineraal gips. |
| Natrium | 2,8 | Natrium komt wijdverbreid voor in silicaatmineralen. Het is een belangrijk bestanddeel van zowel alkaliveldspaat als plagioklaas. Natriumhoudende pyroxenen zijn betrekkelijk zeldzaam. Natrium komt iets meer voor in amfibolen, maar niet in dezelfde mate als calcium. Een bekend natriumhoudend silicaatmineraal is toermalijn. Natrium is een belangrijk bestanddeel van veldspathoïden, maar zowel veldspathoïden als mineralen uit de toermalijngroep zijn betrekkelijk zeldzaam. Het belangrijkste natriumhoudende mineraal in sedimentaire milieus is haliet (NaCl). | Igneuze en metamorfe gesteenten die veldspaat bevatten. Een groot deel van het natrium uit verweerde stollingsgesteenten en metamorfe gesteenten is opgelost in zeewater. Steenzout is het belangrijkste natriumhoudende sedimentgesteente. |
| Kalium | 2,6 | Kalium en natrium zijn zowel chemisch als geologisch gelijksoortige chemische elementen. Kalium is een belangrijk bestanddeel van alkaliveldspaten. De meeste alkaliveldspaten bevatten veel meer kalium dan natrium en worden daarom vaak K-veldspaten genoemd. Belangrijke kaliumhoudende silicaatmineralen zijn mica’s (5% van de korst). Biotiet en muscoviet zijn de belangrijkste mica’s en zij bevatten beide kalium. Het belangrijkste kaliumhoudende sedimentaire mineraal is sylviet (KCl). | Alkaliveldspaten en mica’s zijn veel voorkomende gesteenten in silicaat stollingsgesteenten en metamorfe gesteenten (graniet, gneis, schist, enz.). Veel kalium uit verweerde stollingsgesteenten en metamorfe gesteenten is opgelost in zeewater. Sylviet is niet zo’n algemeen evaporiet als haliet (steenzout) omdat er een veel hogere verdampingssnelheid nodig is om sylviet te laten neerslaan. |
| Magnesium | 2.1 | Magnesium is zeer wijdverspreid in de mantel onder de korst. Olivijn en pyroxeen zijn daar de belangrijkste Mg-houdende mineralen en deze mineralen zijn ook bestanddelen van sommige gesteenten in de aardkorst, vooral van donkergekleurde stollingsgesteenten. Amfibolen bevatten ook magnesium, maar minder dan pyroxeen. Het magnesiumion is qua grootte vergelijkbaar met ijzer en kan daarom gemakkelijk ijzer vervangen in het rooster van mineralen. Dit is het geval in olivijn, pyroxenen, amfibolen en zelfs mica’s (phlogopiet is een Mg-rijke variëteit van biotiet). Belangrijke Mg-rijke mineralen in metamorfe gesteenten zijn talk en serpentijn. Magnesium komt in het sedimentaire milieu vooral voor in de carbonaten dolomiet en magnesiet. Veel magnesium is opgelost in zeewater. Magnesium wordt uit zeewater gewonnen. | Belangrijke Mg-houdende stollingsgesteenten zijn ultramafische gesteenten (peridotiet, pyroxeniet). Gesteenten die veel pyroxeen bevatten, zoals basalt en gabbro, bevatten ook Mg, maar in mindere mate. Metamorfe Mg-rijke gesteenten zijn serpentiniet en talkschist. Het belangrijkste Mg-houdende sedimentgesteente is dolomietgesteente, een voormalige kalksteen die in dolomiet is omgezet door percolatie van Mg-rijk meteorisch water in kalksteen. |
| Anderen | 1,5 | Andere veel voorkomende elementen in de korst zijn titaan, waterstof, fosfor, mangaan, fluor, enz. Hun voorkomen is wat beperkter, maar ze zijn allemaal belangrijke elementen in mineralen en gesteenten. Waterstof is eigenlijk een zeer wijdverbreid bestanddeel van een breed scala van mineralen, maar het is het lichtste chemische element en maakt daarom in massa geen significant deel uit van de korst. | |
De meest voorkomende mineralen in de korst
Als deze mineralen werkelijk zo algemeen zijn, zouden we er allemaal meer dan vertrouwd mee moeten zijn. Ja, ik geloof dat we dat zijn. Zelfs als we niet weten hoe we ze moeten noemen, hebben we ze zeker gezien. Voor de meeste mensen zijn de hierboven genoemde silicaten zo saai en alledaags dat we ze waarschijnlijk niet opmerken of er geen aandacht aan besteden. Hieronder volgt een selectie van foto’s van deze mineralen in hun natuurlijke omgeving (ontsluitingen en handmonsters). Ik toon met opzet mineralen in gesteenten omdat ze zo in de korst voorkomen. Mooie monsters met perfecte kristalvlakken zijn misschien leuk om naar te kijken, maar ze zijn zeldzaam in de korst. Ik hecht geen waarde aan dergelijke kristallen als lesmateriaal. Het is zeer onwaarschijnlijk dat je ze zelf vindt en daarom kunnen we er weinig van leren.
Plagioklaas is het belangrijkste mineraal in de korst. Het komt veel voor in mafisch stollingsgesteente zoals het diabaasmonster hierboven. Witte langwerpige fenokristallen in fijnere basaltische grondmassa zijn plagioklaas kristallen. Zwarte kristallen behoren tot pyroxeen (het mineraal augiet). Zowel augiet als plagioklaas komen ook voor in de fijnkorrelige grondmassa. Grote kristallen vormden zich langzaam voordat het magma uitbarstte en de rest stolde snel. Plagioklaas komt zo veel voor omdat basaltgesteenten en hun metamorfe equivalenten zeer wijdverspreid zijn. Het grootste deel van de oceanische korst bestaat uit basaltgesteenten. Het monster is afkomstig van Tenerife, Canarische Eilanden. Breedte van het monster 14 cm.
Een ander monster van basaltgesteente, maar deze keer met veel olivijn. Olivijn (groen) heeft een grotere dichtheid dan plagioklaas en pyroxeen (beide zijn aanwezig in de grondmassa) en zinkt daarom naar de bodem van lavastromen waar zich olivijncumulaatgesteenten vormen. Dit olivijnbasaltmonster is afkomstig van Oahu, Hawaii. Breedte van het monster 6 cm. 
Kleimineralen zijn te klein om afzonderlijk te worden afgebeeld. Zelfs met een lichtmicroscoop zie je alleen modder of stof, afhankelijk van of deze mineralen nat of droog zijn. Kleimineralen zijn silicaten die het resultaat zijn van de verwering van andere silicaatmineralen, meestal veldspaten. De foto is genomen in een kleigroeve in Estland.
Biotiet is een van de twee belangrijkste micamineralen. Het andere is lichtgekleurd muscoviet. Het monster is afkomstig uit Evje, Noorwegen. De breedte van het monster is 11 cm.
De meest voorkomende gesteentesoorten in de korst
Gesteenten worden in drie grote groepen verdeeld: stollingsgesteenten, metamorfe gesteenten en sedimentgesteenten. De oceanische korst bestaat grotendeels uit basaltische stollingsgesteenten die worden bedekt door een dunne laag sedimenten die het dikst zijn aan de randen van de continentale landmassa’s. De continentale korst is veel dikker en ouder. De continentale korst is ook veel variabeler en structureel zeer complex. Vrijwel alle gesteentesoorten die de mens kent, komen voor in de continentale korst. Zelfs meteorieten, xenolieten uit de mantel, en ophiolieten (fragmenten van de vroegere oceanische korst) zijn bestanddelen van de continentale korst omdat we ze daar gevonden hebben.
Ruwweg driekwart van de continentale korst is bedekt met sedimentgesteenten en bijna alles is bedekt met losse sedimenten (aarde, zand, vuil, enz.). De kans dat we deze materialen tegenkomen is het grootst, maar het is belangrijk te begrijpen dat ze, ondanks het feit dat ze zo alomtegenwoordig zijn aan het oppervlak, slechts ongeveer 8% van de totale massa van de korst uitmaken. Sedimenten consolideren tot sedimentgesteenten na hun begraving. Zand verandert in zandsteen, kalkhoudende modder in kalksteen, klei in kleisteen. Sedimentgesteenten zijn alleen stabiel in de bovenste delen van de korst. Hoge druk en temperatuur in de diepere delen metamorfoseren ze (mineralen herkristalliseren) tot verschillende metamorfe gesteenten. Het grootste deel van de continentale korst bestaat uit metamorfe gesteenten. Igne gesteenten komen ook veel voor aan de oppervlakte in vulkanisch actieve gebieden, maar ze komen ook dieper in de korst voor als granitische (meestal) intrusies.
Belangrijke sedimenten zijn zand, klei, modder (nat mengsel van klei en fijn zand), en kalkhoudende modder. Wijdverspreide sedimentgesteenten zijn kalksteen (2% van het volume van de korst), zandsteen (1,7%), kleisteen (4,2%), die gekalkte versies zijn van de eerder genoemde losse sedimenten. Chemische sedimenten zoals haliet en gips zijn ook belangrijk, maar hun totale volume is duidelijk minder dan 1% van de korst. Belangrijke stollingsgesteenten zijn graniet, granodioriet, gabbro, basalt, dioriet, andesiet, enz. Het is zeer moeilijk te zeggen wat het percentage van deze gesteenten is. Belangrijke metamorfe gesteenten zijn gemetamorfoseerde equivalenten van wijdverbreide sedimentgesteenten en stollingsgesteenten. Veel voorkomende metamorfe gesteenten zijn leisteen (gemetamorfoseerde kleisteen), schist (gemetamorfoseerde kleisteen, van een hogere kwaliteit dan leisteen) kwartsiet (gemetamorfoseerde zandsteen), marmer (gemetamorfoseerde kalksteen), gneis (gemetamorfoseerde stollingsgesteenten of sedimentgesteenten), amfiboliet (gemetamorfoseerde basaltgesteenten).
Sedimenten en sedimentgesteenten
Merendeel van de carbonaatgesteenten was ooit carbonaatmodder op de zeebodem. Deze modder bestaat uit minuscule carbonaatschelpen van foraminiferen, coccolithoforen, buikpotigen, enz. Dit monster is een koraalzand uit Bermuda dat is samengesteld uit stukjes koraalrif en foramproeven. Beeldbreedte 32 mm.
Zandsteen is een gelithificeerd zand. Dit zandmonster is een duinzand uit de Gobiwoestijn, Mongolië. Beeldbreedte 10 mm.
Kalksteen is meestal samengesteld uit kalkhoudende resten van mariene levensvormen. Soms zijn ze groot genoeg om met het blote oog te zien. Hier is een fossielrijke kalksteen uit Estland (Ordovicium) met fossielen van trilobieten, brachiopoden, bryozoën enz. Breedte van het monster 16 cm.
Gips is een evaporietmineraal. Evaporieten zijn in water oplosbare chemische sedimenten die kristalliseren uit geconcentreerd (hoog zoutgehalte) zeewater in lagunes. Foto genomen in Cyprus.
Zandsteen is een gelithificeerd zand. De roodachtige kleur is te danken aan fijn hematiet (ijzeroxide) poeder dat kwarts korrels bedekt die het grootste deel van het sediment vormen. Een ontsluiting van zandsteen uit het Devoon in Estland.
Kalksteen is in de meeste gevallen een kalkhoudend slib. Een ontsluiting van Silurische kalksteen in Saaremaa, Estland.
Moddersteen (alternatieve namen zijn schalie, kleisteen, en argilliet) is een gelithificeerde modder. Een ontsluiting in Schotland. Hamer voor de schaal. Modderstenen zijn de meest voorkomende sedimentaire gesteenten.
Modderstenen worden in de meeste gevallen gevormd als een snel bewegende onderwaterlawine van modderig water zich langs de continentale helling naar beneden beweegt. Een dergelijke sedimentstroom staat bekend als troebelheidsstroom. Troebelheidsstromingen bestaan meestal uit vele afwisselende lagen siltsteen (zeer fijne zandsteen) en modder. Silt bezinkt sneller dan kleimineralen en daarom bestaat elke stroming uit twee verschillende lagen (het kunnen er zelfs meer zijn). Hier is een foto van donkergekleurde moddersteen met daaronder lichtgekleurde siltsteen. Deze monsters zijn afkomstig van een troebelheidsstroom uit Spanje. De monsters zijn afkomstig van één enkele ontsluiting, maar ze lagen daar niet naast elkaar. De breedte van de monsters is ongeveer 20 cm.
Een uitloper van een turbidiet in Marokko. Dergelijke sedimentaire opeenvolgingen werden vroeger flysch genoemd. Deze term wordt tegenwoordig nog maar zelden gebruikt, omdat de verklaring voor het ontstaan van flysch inmiddels duidelijk achterhaald is. Het was vroeger een integraal onderdeel van de geosynclinale theorie die het proces van het ontstaan van gebergten trachtte te verklaren voordat we begrepen dat er een veel betere verklaring bestaat die bekend staat als plaattektoniek.
Igneuze gesteenten
Igneuze gesteenten worden geclassificeerd op basis van hun kiezelzuurgehalte. Rotsen die veel kiezelzuur bevatten zijn meestal licht van kleur. De belangrijkste mineralen zijn veldspaat en kwarts. Deze gesteenten worden felsische gesteenten (veldspaat + kiezelzuur) genoemd. Veel voorkomende felsische gesteenten zijn graniet en rhyoliet. Mafische gesteenten bevatten weinig kiezelzuur, maar relatief veel magnesium en ijzer. Ze zijn donker gekleurd en worden mafische gesteenten (magnesium + ijzerhoudend) genoemd. Ongeacht of zij felsisch of mafisch zijn, bevatten deze gesteenten altijd veel meer silicium dan magnesium of ijzer. Belangrijke mineralen in mafische gesteenten zijn pyroxeen, plagioklaas en soms ook olivijn of amfibool. Er zijn ook gesteenten met een intermediaire samenstelling (dioriet en andesiet).
Igne gesteenten worden verder ingedeeld in intrusieve (plutonische) en extrusieve (vulkanische) gesteenten. Intrusieve gesteenten zijn grofkorrelig en extrusieve gesteenten fijnkorrelig. Graniet, dioriet en gabbro zijn intrusieve gesteenten. Rhyoliet, andesiet en basalt zijn vulkanische gesteenten. Felsische gesteenten zijn veel visceuzer en breken daarom relatief zelden uit naar de oppervlakte. Zij stollen meestal als intrusieve gesteenten. Vandaar dat graniet een zeer algemeen gesteentetype is, terwijl rhyoliet niet zeldzaam is, maar nergens zo wijd verbreid als graniet. Bij mafische gesteenten ligt dat anders. Basaltisch magma is minder viskeus en stroomt relatief gemakkelijk naar de oppervlakte. Basalt is een zeer algemeen gesteentetype, vooral in het bovenste deel van de oceanische korst. Andesiet bevindt zich ergens in het midden. Het is een vrij algemeen gesteentetype dat geassocieerd wordt met subductiezone-vulkanisme, maar het is niet zo wijdverbreid als basalt.
Overigens, de gemiddelde samenstelling van de continentale korst is die van andesiet. Daarom denken wij dat het ons een hint geeft hoe de continentale korst is gevormd. Het is het vulkanisme van de subductiezone dat lava creëert met een gemiddelde samenstelling die minder dicht is dan de basaltische gesteenten van de oceanische korst en daardoor niet in staat is om terug te duiken in de mantel. De continentale korst wordt dus niet gerecycleerd door de transportband van de oceanische korst en kan alleen maar groter en groter worden naarmate de tijd verstrijkt.
Rhyoliet is een vulkanisch equivalent van graniet. Het monster uit Schotland is 8 cm breed.
Gabbro is een mafisch intrusief gesteente. Het monster uit Cyprus (van de Troodos ophioliet die de vroegere oceanische korst vertegenwoordigt) is 7 cm breed.
Basalt is een vulkanisch equivalent van gabbro. Het monster uit Noord-Ierland is 8 cm breed.
Andesiet is een veel voorkomend vulkanisch gesteente dat qua samenstelling het midden houdt tussen mafisch en felsisch gesteente. Het witte mineraal is plagioklaas. De breedte van het monster uit Santorini is 7 cm.
Metamorf gesteente
Dit gesteentetype was ooit zandsteen, maar het raakte zo diep begraven dat kwartskorrels samensmolten tot een taai metamorf gesteente dat bekend staat als kwartsiet. Het monster is afkomstig uit Ierland.
Marmer is een gemetamorfoseerde kalksteen. Het is samengesteld uit calciet. De ontsluiting bevindt zich in Karelië, Rusland.
Schist is een sterk gefolieerd metamorf gesteente, hoogstwaarschijnlijk gemetamorfoseerde moddersteen. Foto genomen in Schotland.
Een handmonster van schist uit Spanje. Breedte van het monster 9 cm.
Chlorietschist is een gemetamorfoseerd mafisch stollingsgesteente dat rijk is aan het ijzerhoudende groene plaat-silicaat mineraal chloriet dat het gesteente een spleetvormige splijting geeft. Breedte van het monster 13 cm.
Gneis is een zeer algemeen metamorf gesteente. Misschien wel een vijfde van de aardkorst bestaat uit gneisgesteenten. Karelië, Rusland. Dit specimen heeft een samenstelling van een gewone graniet: roze K-veldspaat, grijze kwarts, en zwarte biotiet. Breedte van het monster 11 cm.