În ultimul număr al revistei Wat On Earth am abordat clasificarea rocilor igneice (sau roci formate prin foc). În acest număr aș dori să explorez subiectul rocilor sedimentare. Aceasta este a doua mare familie de roci și sunt de interes pentru oameni, deoarece au furnizat multe unelte în trecut și astăzi ne oferă cele mai multe resurse agregate, precum și furnizarea (sau adăpostirea) multora dintre mineralele noastre energetice și anumite minerale esențiale de importanță economică majoră. Rocile sedimentare sunt, de asemenea, importante deoarece ele adăpostesc înregistrarea fosilă a vieții pe planeta Pământ.
După cum sugerează și numele lor, rocile sedimentare sunt derivate din sedimentele preexistente. În urmă cu două numere din WAT ON EARTH am descris ciclul rocilor; modul în care rocile sunt descompuse din roci încă mai vechi prin meteorizare și eroziune. Granulele eliberate sunt purtate sau transportate prin diverse mecanisme până într-un loc unde se acumulează în secvențe de sedimente. Există multe locuri de odihnă de tranziție, dar, în cele din urmă, majoritatea sedimentelor sfârșesc într-un mediu de depunere marin. Prin urmare, rocile sedimentare pot fi compuse din granule de diferite dimensiuni, forme și compoziții care au fost cimentate împreună sau comprimate și recristalizate. Acestea sunt rocile sedimentare clastice. Alte roci sedimentare pot fi formate din depozite secretate de soluții chimice (precipitate chimice) sau din depozite alcătuite din resturi de organisme moarte (atât animale, cât și plante). Acest ultim grup formează roci sedimentare de origine în mare parte biologică. Schimbarea post-depunere de la sediment la rocă sedimentară se numește diageneză, iar rezultatul final este, de obicei, litificarea, în care fostul sediment neconsolidat este transformat în rocă. Două procese sunt comune: compactarea (în care sedimentele sunt comprimate și apa este scoasă din spațiile poroase dintre granule) și cimentarea. Cimentarea are loc atunci când anumite minerale (de exemplu, calcit, oxizi de fier și siliciu) sunt transportate în spațiile poroase de către apa subterană care se infiltrează. Aici ele precipită și, în cele din urmă, cimentează grăunțele între ele.
Ca și în ultimul exemplar al revistei Wat On Earth, pagina centrală a acestui număr este dedicată unei ilustrații a multora dintre aceste tipuri diferite de roci. Pagina alăturată ilustrează mai multe caracteristici asociate cu rocile sedimentare.
În sensul acelor de ceasornic în jurul paginii: stânga sus – fotografia unui grup de studenți de la Waterloo care examinează o secțiune de straturi carbonifiere la Mullaghmore Head, în nordul Irlandei. Secțiunea este formată din alternanță de gresii, siltite și șisturi. Șisturile mai moi au fost erodate mai ușor, în timp ce gresiile se disting ca straturi rezistente. Diagrama din dreapta sus ilustrează poziția rocilor sedimentare (2) în ciclul rocilor. Observați că există un aport din spațiu care se adaugă, în special, la sedimentele marine. Imediat sub diagrama ciclului rocilor se află un grafic care ilustrează clasificarea Wentworth în ceea ce privește dimensiunea granulelor și modul în care sedimentele formează diferite roci clastice sedimentare. Comparați acest grafic cu primele două coloane (sedimente și roci) care alcătuiesc porțiunea „roci clastice” din diagrama de centru. Cea de-a treia și cea mai de jos diagramă ilustrează unele dintre cele mai importante roci sedimentare care sunt fie de origine chimică, fie de origine biologică. Cele mai multe dintre acestea sunt, de asemenea, ilustrate pe pagina centrală. Fotografia de jos ilustrează Arcul Delicat din Arches National Monument din Utah. Această structură de 26 m înălțime și 20 m lățime este alcătuită din gresie Entrada de vârstă jurasică superioară. Caracteristica a fost produsă prin eroziunea „aripioarelor” de rocă de bază locală care au fost tăiate de acțiunea vântului și a înghețului. Imediat deasupra este o priveliște care privește în josul defileului Niagara, unde apa din Lacul Erie cade peste marginea dolomitei siluriene Lockport de pe Escarpamentul Niagara. Fiecare dintre fotografii ilustrează geomorfologia asociată cu formațiuni sedimentare de diferite vârste.
Pagină pliată centrală: Înțelegerea rocilor sedimentare este destul de simplă, deoarece acestea se referă la materiale pe care le vedem zilnic. În partea de sus este o vedere panoramică peste una dintre cele mai spectaculoase expuneri de rocă sedimentară din lume, în nivelurile superioare ale Marelui Canion. Practic, toate rocile pe care le puteți vedea sunt gresii orizontale, calcare și șisturi depozitate de-a lungul a aproximativ 250 de milioane de ani în mările din Era Paleozoică. Aceleași mări au fost ocupate în altă parte de trilobiți uriași ilustrați într-un alt articol din acest număr.
Mai jos, pe pagina centrală, am încercat să ilustrez majoritatea tipurilor de roci comune. Câteva sunt mai „exotice”, dar și ele sunt importante. Tabloul este împărțit în trei secțiuni care se referă la rocile sedimentare clastice, precipitate chimic și biologice. Blocul din stânga este format dintr-o coloană dublă. Prima coloană ilustrează exemple ale tipului de sediment (consultați diagrama 2 de pe pagina anterioară), iar cea de-a doua coloană la echivalentul lor litificat. Claste unghiulare (fragmente de rocă) provin, de obicei, din sfărâmarea de îngheț. Fragmentele nu au călătorit mult și sunt de obicei deplasate sub acțiunea gravitației, căzând de pe munți pentru a se acumula sub formă de grămezi de pietriș sau conuri de talus la baza versanților. Contrapartidele lor se găsesc în tipul de rocă cunoscut sub numele de brecii. Atunci când agenții de eroziune sunt implicați și are loc transportul, în special de către apă, cioburile unghiulare devin abrazive și formează bolovani sau pietrișuri rotunjite. Echivalentul rocilor este cunoscut sub numele de conglomerat. Transportul pe distanțe lungi reduce treptat dimensiunea clastelor, trecând de la granule la particule de mărimea nisipului. Echivalentul rocii este gresia. Acestea sunt frecvent cimentate de diferite minerale, calcite, oxizi de fier sau silice. Gresia dobândește apoi un descriptor secundar, cum ar fi „gresie calcaroasă” sau „gresie feruginoasă”. O gresie este, în mod normal, alcătuită din granule de siliciu. Atunci când aceste grăunțe sunt cimentate cu silice, se dă un alt nume – cuarțit (a se vedea imaginea din dreapta a gresiei). Un tip de rocă care nu este ilustrat este un arkose – o gresie cu mai mult de 25 la sută din rocă alcătuită din feldspat. Astfel de roci se formează, de obicei, în medii montane, relativ uscate. Uscate, deoarece clastele nu s-au deteriorat prea mult (în condiții calde și umede, feldspatul este adesea ușor de erodat). Natura unghiulară a granulelor indică faptul că transportul nu a fost atât de important.
Cu toate acestea, dacă sedimentul continuă să fie transportat, dimensiunea granulelor se reduce și mai mult și se formează nămolul. Dimensiunile particulelor ajung acum la punctul în care pot fi ușor transportate atât de vânt, cât și de apă. Sedimentele transportate de vânt care se acumulează sub formă de loess se încadrează în această categorie. Tipul de rocă cunoscut sub numele de siltstone, este format din cuarț foarte fin, mica și alte minerale diverse și este echivalentul litificat al siltului. În cele din urmă, cea mai fină fracțiune din gama de dimensiuni clastice este argila. Aceste fragmente sunt atât de mici încât rămân în suspensie pentru o perioadă lungă de timp, stabilizându-se, de obicei, doar după ce au fuzionat pentru a forma particule mai mari. Atunci când acestea se acumulează, tipul de rocă litificată este cunoscut sub numele de șist. Echivalenții foarte organici pot forma șisturi foarte negre, cu mirosuri distinctive „uleioase” sau „petrolifere”, deoarece sunt foarte bogate în carbon și compuși aromatici. Aceștia formează șisturi fosilifere și „șisturi bituminoase”, care ar putea fi viitoare surse de petrol.
Cel de-al doilea bloc cu două coloane ilustrează roci care sunt formate prin depozite chimice. Astfel de roci se formează acolo unde materialul este transportat în soluție în locul, cel mai adesea un bazin marin sau un lac într-o zonă deșertică, unde apa se evaporă. Soluțiile de anumiți ioni sunt precipitate și formează roci bogate în calciu, magneziu, siliciu, sodiu și (mai mult în trecut) fier. Unele dintre acestea sunt ilustrate, începând cu precipitatele bogate în calciu. Calcarele sunt un exemplu important. Toate calcarele se frizează ușor atunci când se aplică acid clorhidric diluat (soluție de 10%), deoarece acidul reacționează cu carbonatul de calciu. Exemplul prezentat este un calcar gri, cu granulație fină, străbătut de vene albe de calcit. În apele tropicale calde, calciul abundent în soluție în apa de mare supusă unor mișcări puternice de curent poate fi precipitat în jurul unor fragmente minuscule de scoică. Acestea pot forma calcare oolitice, atunci când micile granule de carbonat de calciu au straturi de calcit depuse în mod concentric în jurul unui nucleu.
Dolostonul, o rocă alcătuită din calciu și magneziu, este strâns înrudită cu calcarul, de obicei cu magneziul din apa de mare înlocuind o mare parte din conținutul inițial de calciu al unui calcar preexistent. Reacția acidă este mai lentă. Dolostonele pot fi observate în apropiere de Waterloo în anumite secvențe de roci de-a lungul aflorimentului Escarpamentului Niagara. Travertinul și tufa (reacție acidă puternică) sunt roci precipitate chimic, formate din carbonat de calciu. Travertinul este, de obicei, dens și bandat, în timp ce tufa este mai spongioasă. Travertinul (sub formă de speleotemă) este cel mai frecvent întâlnit în depozitele din peșteri, în special în formațiunile spectaculoase cunoscute sub numele de dripstone, flowstone, stalactite, stalagmite, helictites și coloane.
În cadrul calcarelor și dolostanelor se pot vedea frecvent straturi sau noduli compuși din silice. Acestea sunt straturi de chert sau, în cazul cretei, de silex. Silexul a fost folosit încă din paleolitic, în literatura arheologică din estul Angliei fiind descrise situri bine cunoscute de producție în masă de vârfuri de suliță, răzuitoare, vârfuri de săgeți și truse de unelte. De asemenea, ele au fost folosite până de curând la armele de foc (puști cu zăbrele din silex) și la construcția clădirilor unde acest tip de rocă este comun. Chertele din straturi de calcar și dolostonă de-a lungul escarpamentului Niagara au fost folosite de vânătorii paleo-indieni de caribu, mastodonți și mamuți din sud-vestul Ontario. Atât silexurile, cât și chertele sunt, de obicei, de culoare gri (deși pot varia de la aproape alb, trecând prin șampanie, până la aproape negru sau chiar roșu) și se despică cu o fractură uniformă sau ușor concoidală. Singurul lucru pe care îl au în comun este faptul că pot fi modelate de către creatorii de unelte pricepuți și își vor păstra o muchie incredibil de ascuțită pentru o perioadă lungă de timp.
Gipsul este un precipitat chimic (sulfat de calciu hidratant) care se găsește frecvent în straturile de marne, un tip de rocă bogată în calciu, dominată de argilă. Paturile de marne care conțin gips și sare gemă s-au depus inițial în zone cu evaporare ridicată, care au fost inundate de ape marine. Astfel de zone pot fi văzute astăzi de-a lungul unor părți ale Golfului Persic subtropical. Sarea gemă (alcătuită aproape în întregime din clorură de sodiu) este un mineral important din punct de vedere economic. În Ontario se găsește în jurul orașului Windsor și spre nord până la Goderich (a se vedea WAT ON EARTH 14 (2) Spring 2001). Depozite de sare se găsesc, de asemenea, în provinciile maritime și, de asemenea, în vestul Canadei. Secvențele de sare din vestul Canadei sunt dominate de o altă sare importantă din punct de vedere economic, de culoare roșie și albă, bogată în potasiu, cunoscută sub numele de silvită. Ultimul tip de rocă ilustrat în acest grup este piatra de fier sedimentară cu benzi roșii și gri, comună în regiunea din jurul lacului Superior superior. Există o vastă literatură asociată cu aceste depozite (Blatt et al., 1980), dar, în general, acestea sunt de vârstă precambriană și au, de obicei, o vechime cuprinsă între 2600 și 1800 de milioane de ani. Unele sunt considerabil mai vechi, iar câteva depozite mici sunt mai tinere. Ele se caracterizează prin benzi subțiri și groase de alternanță de straturi de jaspier (chert roșu) și straturi de fier bogate în magnetită și hematite. Alte forme de fier pot, de asemenea, să alterneze cu orizonturile de ceriu. Acestea sunt roci importante din punct de vedere economic și sunt sursa principalelor depozite de fier de ambele părți ale graniței dintre Canada și SUA.
Cel de-al treilea bloc de imagini cuprinde roci sedimentare comune care au o puternică componentă biologică. Așa cum am menționat atunci când am discutat despre rocile ionice, natura detestă să fie „compartimentată”, iar unele dintre aceste „cutii” depășesc limitele. Cu toate acestea, apa de mare conține cantități mari de carbonat de calciu care nu numai că precipită pentru a forma rocile sedimentare chimice, dar este, de asemenea, utilizat de organismele care construiesc cochilii de carbonat. Atunci când acestea mor, cochiliile pot forma depozite uriașe de detritus de cochilie care se păstrează adesea sub formă de „calcar de coajă”. Acest lucru poate fi văzut astăzi sub forma de coquina (alcătuită aproape în întregime din valve complete sau sparte ale pelecipodului marin de apă de mică adâncime, Coquina). În trecut, scoicile nu erau la fel de comune ca în prezent. Ilustrația „Shelly Limestone” prezintă brachiopode într-un depozit de noroi carbonat devonian din regiunea Arkona din sud-vestul Ontario. Calcarele crinoide (nu sunt ilustrate), sunt alcătuite din fragmente de tulpini de crinoide (Echinodermata) și formează benzi de shelly-detritus în anumite roci de-a lungul Escarpamentului Niagara. Coralul, alcătuit din rămășițele a nenumărate trilioane de polipi secretori de carbonat, formează depozite masive astăzi, ca în Marea Barieră de Corali, dar și în trecutul geologic mai îndepărtat. Multe dintre țintele de foraj pentru petrol și gaze naturale din sudul Ontario (și din alte părți) vizează mici petice de recife de corali și comunități de alge, unde porozitatea din interiorul și dintre organismele fosile a permis acumularea acestor minerale energetice. Creta este un calcar deosebit de pur, iar acidul clorhidric diluat aplicat pe acest tip de rocă produce o reacție extrem de viguroasă. Creta s-a format inițial sub formă de exudat de pe fundul mării și a fost alcătuită din rămășițele a trilioane de organisme foraminifere cunoscute sub numele de cocoliți. Imaginile de scanare electronică sunt furnizate alături de imaginea cretei, cu organismul central, de culoare crem, oferind un exemplu de foraminifere calcaroase moderne numite Globigerina.
Următorul bloc de patru imagini (de la turbă la antracit) ilustrează un alt mineral energetic – cărbunele. Cărbunele rezultă din acumularea de vegetație în condiții anaerobe. Detritusul se formează în mlaștini sau lagune și creează un pat organic de turbă saturat de apă. Cu timpul și cu compactarea din cauza sedimentelor suprapuse, turba pierde apă și alte substanțe volatile. Conținutul de umiditate scade, conținutul de carbon crește, iar turba se transformă în cărbune brun sau lignit. Aceștia sunt cărbuni de slabă calitate, adesea cu un conținut ridicat de sulf, nepotriviți pentru transportul pe distanțe lungi și predispuși la combustie spontană. Aceștia formează tipurile de cărbuni care se găsesc în sud-estul Saskatchewan și mulți dintre cărbunii din estul Germaniei. Cu o compactare și un stres mai mare, conținutul de carbon continuă să crească, se pierd mai multe substanțe volatile, producția potențială de energie crește și se formează un cărbune opac spre strălucitor, cunoscut sub numele de cărbune bituminos. Acesta este un cărbune excelent pentru ridicarea aburului și a fost cărbunele dominant care a alimentat primul secol al Revoluției industriale în Marea Britanie. Provinciile din vestul Canadei și fostele zone miniere din New Brunswick și Noua Scoție au exploatat cărbune bituminos. În mod normal, acesta este folosit pentru alimentarea metalurgică și este utilizat în producția de energie electrică. Stadiul final al cărbunelui ca mineral energetic este antraitul, un cărbune dur și strălucitor care este greu de ars dacă nu este zdrobit. Acest cărbune este exploatat în Pennsylvania și este utilizat în producția de energie electrică ca materie primă atunci când este amestecat cu cărbune bituminos. Modificările care însoțesc pierderea substanțelor volatile, creșterea cantității de carbon și creșterea randamentului termic sunt descrise ca o schimbare a rangului cărbunelui.
Ultimele două imagini ilustrează roci de șisturi care au conținuturi organice ridicate, dar care nu sunt definite drept cărbuni. Șisturile fosilifere pot conține fosile abundente (în special materiale vegetale, dar pot conține și altele, cum ar fi amoniții). Șisturile petrolifere (cum ar fi cele care se găsesc într-o centură de la Bowmanville, la est de Toronto, până în regiunea Collingwood de lângă Owen Sound, Ontario) conțin fosile abundente de trilobiți și alte animale din Ordovician. Astfel de zăcăminte, deși nu sunt neapărat de aceeași vârstă, se găsesc în multe părți ale lumii și pot constitui surse viitoare de energie sau de hrană petrochimică.
Pagina care urmează la pagina centrală conține ilustrații ale câtorva dintre subiectele menționate în descrierile rocilor sedimentare de mai sus.
Rândul de sus, de la stânga la dreapta. Toate sunt exemple de silice depozitată chimic: Topor de mână realizat din silex, Swanscombe, Kent, Marea Britanie; Nodul de silex (concrețiune albă noduroasă) care se desprinde prin intemperii din matricea mai moale de cretă; Trei vârfuri de chert de tip Clovis din situl Brophey de lângă Parkhill, Ontario. Cea mai mare are o lungime de 10 cm.
Rândul central, de la stânga la dreapta: O stalagmită mare (nota „g” Crește din pământ) compusă din dripstone (depozite de carbonat de calciu precipitat chimic); Stalactita (nota „c” crește din tavanul unei peșteri), cu apă încărcată cu calciu care captează lumina și este pe cale să se scurgă din vârf; o formă ciudată, contorsionată, stalactită de dripstone cunoscută sub numele de helictită, realizată tot din carbonat de calciu. Observați că, în unele părți, crește chiar și în sus!
Rândul de jos, de la stânga la dreapta; vug (cavitate) cu cuarț care căptușește centrul golului în calcar; câteva concrețiuni foarte mari cu precipitații chimice la Moeraki, Insula de Sud, NZ; dendrite asemănătoare mușchilor. Acestea sunt precipitații de mangan pe un calcar și nu au nicio legătură cu creșterile organice.
Alan V. Morgan
O nouă explorare a Arcticii canadiene
Ronald E. Seavoy
Această nouă carte este o aventură de explorare foarte ușor de citit în Arctica canadiană. Autorul a lucrat ca geolog de explorare pentru International Nickel Company în 1960. Această carte descrie noile tehnici de explorare care au început să fie testate la mijlocul anilor 1950. Echipa de explorare a lui Ronald Seavoy a folosit avioane, elicoptere și geofizică în acea vară. A fost descoperit zăcământul de aur Lupin. De asemenea, cartea prezintă cititorului unele dintre fenomenele naturale interesante întâlnite în timpul explorării.
Preț de vânzare cu amănuntul 17,95 dolari canadieni
Hancock house Publishers
www.hancockhouse.com
comenzi:
[email protected]
.