Skorpan är det yttersta stenlagret på jorden. Vad består jordskorpan av? Svaret på denna fråga beror på om vi vill veta vilka kemiska grundämnen, mineraler eller bergarter den består av. Det kan vara överraskande, men det räcker med ett dussin kemiska grundämnen, mineraler eller bergarter för att beskriva ungefär 99 % av jordskorpan. Den här artikeln handlar om dessa riktigt vanliga och kanske några lite mindre vanliga men anmärkningsvärda byggstenar i marken under våra fötter.
Gemensamma bergarter i jordskorpan. Igneösa bergarter i första raden: granit, gabbro, basalt. Metamorfa bergarter i den andra raden: gnejs, skiffer, amfibolit. Sedimentära bergarter i den tredje raden: sandsten, skiffer, kalksten.
Dessa siffror varierar mellan olika studier eftersom vi egentligen inte har något sätt att veta säkert.
Detta är en uppskattning av jordskorpans kemiska sammansättning baserad på vår förståelse av de relativa andelarna av olika bergarter i jordskorpan och deras genomsnittliga sammansättning.
Vår förståelse är säkerligen begränsad eftersom den genomsnittliga kontinentala jordskorpan är mer än 40 km tjock, men vi har inget sätt att ta prov på den direkt. De djupaste gruvorna når endast 4 km och det djupaste borrhålet är 12 km djupt.
| Element | Massaprocent | Högre mineraler | Högre bergarter |
|---|---|---|---|
| Syrgas | 46,6 | Silikater, oxider osv. Syre är extremt utbrett i jordskorpan och dessutom mycket reaktivt. En volymmässigt obetydlig del av alla mineraler innehåller inget syre. | Nästan alla vanliga bergarter innehåller syre. Endast sulfidmalmkroppar och evaporitbäddar är nästan fria från syre, men de är volymmässigt relativt obetydliga. |
| Silikon | 27,7 | Silikon har en alldeles egen stor grupp av mineraler som kallas silikater. Mer än 90 procent av jordskorpan består av silikatmineraler. Kisel och syre är de två vanligaste kemiska grundämnena i jordskorpan som också råkar gilla varandras sällskap väldigt mycket. Ren kiseloxid kallas mineralkvarts och utgör 12 % av jordskorpan. Det finns inte ett enda vanligt icke-silikatmineral som innehåller kisel – kisel kombineras alltid med syre. | Silikatmineraler är byggstenarna i de flesta vanliga bergarter (basalt, granit, skiffer, gnejs, sandsten osv.). Karbonatstenar (kalksten, dolomitsten) och evaporiter (gipssten, stensalt) är anmärkningsvärda undantag. De innehåller inte kisel om de är rena. Också täckande malmmineraler (oxider och sulfider) är ofta mindre beståndsdelar i de flesta bergarter. De är också fria från kisel. |
| Aluminium | 8.1 | Väldigt utbredd i silikatmineraler (fältspat, lermineraler, glimmer). Aluminiumhydroxider (boehmit, diaspore, gibbsit) är ekonomiskt viktiga som aluminiummalmsmineraler. | Fältspat är mycket vanliga mineral i jordskorpan, mer än hälften (51 %) av jordskorpan består av denna mineralgrupp. Glimmer och lermineraler är också vanliga, båda utgör ca 5 % av jordskorpan. Följaktligen är aluminium också extremt utbrett. Det är dock vanligtvis inte särskilt koncentrerat i silikatmineraler. Aluminium har mycket sällan utvunnits ur silikatstenar. Bauxit som är aluminiumrik laterit som bildats i fuktiga varma områden innehåller aluminiumhydroxider och bryts främst för aluminium. Aluminium i bauxit är en rest från kemisk vittring av silikatstenar. |
| Järn | 5,0 | Järn är ett utbrett grundämne i mineraler. Noterbara järnrika silikatmineraler är pyroxener, amfiboler, olivin, svart glimmer biotit, granat osv. Järn är också ett viktigt grundämne i sedimentära bergarter. Det är precis som aluminium svårt att lösa upp och transporteras bort med vatten. Järn är vanligt i lateritisk jord och bildar det rostfärgade järnoxidmineralet hematit. Hematit är ansvarig för den röda färgen på många mineraler och bergarter. Järnoxiden magnetit är vanlig som ett tillbehörsmineral i metamorfa och magmatiska bergarter. Järnsulfidpyrit är det vanligaste sulfidmineralet. Järn förekommer också i karbonater (siderit, ankerit), lermineraler (glaukonit, klorit). Järn är ett starkt kromoforiskt grundämne som ger sina värdmineraler en mörk färg. Det är därför de flesta pyroxener och amfiboler är svarta. | Järn är faktiskt det enskilt vanligaste kemiska grundämnet i hela jorden, men det mesta av det finns i kärnan. Basalt, gabbro, amfibolit, greenschist osv. är de mest anmärkningsvärda jordskorpegrunden som innehåller mycket järn. Det finns ett stort antal bergarter som innehåller betydande mängder järn, men det mesta av det järn som bryts kommer från metamorfoserade sedimentära bergarter som kallas BIF (banded iron formation). |
| Kalcium | 3,6 | Kalcium är också mycket utbrett. Det finns alltid i plagioklasfältspat (39 % av jordskorpan), men mängden kalcium varierar där. De viktigaste pyroxenerna och amfibolerna (augit och hornblände) innehåller kalcium. Kalcium förekommer i många andra silikatmineraler som granat, epidot, wollastonit, titanit osv. Kalcium ingår i kalcit som är ett mycket viktigt mineral främst i sedimentära miljöer. Kalciumfosfat apatit är också ett vanligt mineral. Gips är ett viktigt evaporitmineral som är kemiskt hydratiserat kalciumsulfat. Kalciumfluorid är känt som mineral fluorit. | Förekommer lika framgångsrikt i magmatiska, sedimentära och metamorfa bergarter. Särskilt välkänd kalciumhaltig bergart är kalksten. Dess metamorfoserade motsvarighet är marmor. Marmor består av kalcit precis som kalksten. Kalcit är ett anmärkningsvärt mineral. Det finns till och med magmatiska bergarter som består av ren kalcit. Den är känd som karbonatit, men den är mycket sällsynt jämfört med kalksten och marmor. Kalcium tenderar att ingå i mineraler som plagioklas, pyroxener och amfiboler i magmatiska bergarter. Den viktigaste kalciumhaltiga metamorfa bergarten är amfibolit (metamorfoserad basalt, kalcium finns i hornblände och plagioklas). Fosforit är en annan viktig kalciumhaltig sedimentär bergart (kalcium finns i fosfatmineralet apatit). Kalcium förekommer också i evaporiter som mineral gips. |
| Natrium | 2,8 | Natrium är utbrett i silikatmineraler. Det är en viktig beståndsdel i både alkalifältspat och plagioklas. Natriumhaltiga pyroxener är relativt sällsynta. Natrium är något mer utbrett i amfiboler men inte lika mycket som kalcium. Välkänt natriumhaltigt silikatmineral är turmalin. Natrium är en viktig komponent i fältspatofider, men både fältspatofider och mineral från turmalingruppen är relativt sällsynta. Viktiga natriumhaltiga mineral i sedimentära miljöer är halit (NaCl). | Gnetiska och metamorfa bergarter som innehåller fältspat. En stor del av natriumet från vittrade magmatiska och metamorfa bergarter löses upp i havsvatten. Bergsalt är den viktigaste natriumhaltiga sedimentära bergarten. |
| Kalium | 2,6 | Kalium och natrium är likartade kemiska grundämnen både kemiskt och geologiskt. Kalium är en viktig beståndsdel i alkalifältspat. De flesta alkalifältspat innehåller mycket mer kalium än natrium och kallas därför ofta K-fältspat. Viktiga kaliumhaltiga silikatmineraler är mikas (5 % av jordskorpan). Biotit och muscovit är de viktigaste micorna och båda innehåller kalium. Viktigaste kaliumhaltiga sedimentära mineral är sylvit (KCl). | Alkalifältspat och mica är vanliga bergarter i silikatsvampiga och metamorfa bergarter (granit, gnejs, skiffer etc.). Mycket kalium från vittrade magmatiska och metamorfa bergarter löses upp i havsvatten. Sylvit är inte en lika vanlig evaporit som halit (stensalt) eftersom det krävs mycket högre avdunstningshastighet för att fällas ut sylvit. |
| Magnesium | 2.1 | Magnesium är mycket utbrett i manteln under jordskorpan. Olivin och pyroxen är de viktigaste Mg-haltiga mineralerna där och dessa mineraler är också beståndsdelar i vissa bergarter i jordskorpan, särskilt mörkfärgade magmatiska bergarter. Amphiboler innehåller också magnesium, men mindre än pyroxener. Magnesiumjonen liknar järn i storlek och kan därför lätt ersätta järn i mineralens gitter. Detta är fallet i olivin, pyroxener, amfiboler och till och med i micas (phlogopit är en Mg-rik variant av biotit). Viktiga Mg-rika mineral i metamorfa bergarter är talk och serpentin. Magnesium i den sedimentära miljön förekommer främst i karbonater dolomit och magnesit. Massor av magnesium är löst i havsvatten. Magnesium utvinns ur havsvatten. | Viktiga magnesiumhaltiga magmatiska bergarter är ultramafiska bergarter (peridotit, pyroxenit). Bergarter som innehåller mycket pyroxener som basalt och gabbro innehåller också Mg, men i mindre utsträckning. Metamorfa Mg-rika bergarter är serpentinit och talkskiffer. Den viktigaste Mg-haltiga sedimentära bergarten är dolomitsten som är före detta kalksten som omvandlats till dolomit genom att Mg-rikt meteorvatten perkolerar kalksten. |
| Andra | 1,5 | Andra vanliga grundämnen i jordskorpan är titan, väte, fosfor, mangan, fluor osv. Deras förekomst är något mer begränsad, men de är alla viktiga grundämnen i mineraler och bergarter. Väte är faktiskt en extremt utbredd beståndsdel i ett stort antal mineraler, men det är det lättaste kemiska grundämnet och utgör därför inte en betydande del av jordskorpan till massan. | |
De vanligaste mineralerna i jordskorpan
Om dessa mineraler verkligen är så vanliga borde vi alla vara mer än välbekanta med dem. Ja, det tror jag att vi är. Även om vi inte vet hur vi ska namnge dem har vi säkert sett dem. För de flesta människor är de silikater som nämns ovan så trista och vardagliga att vi förmodligen inte lägger märke till dem eller ägnar dem någon uppmärksamhet. Nedan finns ett urval foton som visar dessa mineraler i deras naturliga miljöer (utbrott och handprover). Jag visar avsiktligt mineralerna inom stenar eftersom det är så de förekommer i jordskorpan. Vackra prover med perfekta kristallytor kan vara trevliga att titta på, men de är sällsynta i jordskorpan. Jag värdesätter inte sådana kristaller som undervisningsmaterial. Det är ytterst osannolikt att du hittar dem på egen hand och därför lär de oss väldigt lite.
Plagioklas är det viktigaste mineralet i jordskorpan. Det är vanligt i mafiska magmatiska bergarter som diabasprovet ovan. Vita avlånga fenokristaller i finare basaltisk grundmassa är plagioklaskristaller. Svarta kristaller tillhör pyroxen (mineral augit). Både augit och plagioklas förekommer också i den finkorniga jordmassan. Stora kristaller bildades långsamt innan magman bröt ut och resten stelnade snabbt. Plagioklas är så vanligt eftersom basaltiska bergarter och deras metamorfa motsvarigheter är mycket utbredda. Större delen av den oceaniska jordskorpan består av basaltiska bergarter. Provet kommer från Teneriffa på Kanarieöarna. Provets bredd 14 cm.
Ett annat prov av basaltisk bergart men denna gång med mycket olivin. Olivin (grönt) är tätare än plagioklas och pyroxen (båda finns i grundmassan) och sjunker därför till botten av lavaströmmar där olivinkumulativa stenar bildas. Det här provet av olivinbasalt kommer från Oahu, Hawaii. Provets bredd är 6 cm. 
Lermineralerna är för små för att visas individuellt. Även med ett ljusmikroskop ser man bara lera eller damm beroende på om dessa mineraler är våta eller torra. Lermineraler är silikater som är produkter av vittring av andra silikatmineraler, mestadels fältspat. Bilden är tagen i ett lerbrott i Estland.
Biotit är ett av två större glimmermineraler. Den andra är den ljusa muscoviten. Provet kommer från Evje i Norge. Provets bredd 11 cm.
De vanligaste bergartstyperna i jordskorpan
Bergarter delas in i tre stora grupper: magmatiska, metamorfa och sedimentära bergarter. Den oceaniska jordskorpan består till stor del av basaltiska magmatiska bergarter som är täckta av en tunn skiktning av sediment som är tjockast nära marginalerna till de kontinentala landmassorna. Den kontinentala skorpan är mycket tjockare och äldre. Den kontinentala skorpan är också mycket mer varierande och strukturellt mycket komplex. Praktiskt taget alla bergarter som människan känner till förekommer i den kontinentala jordskorpan. Även meteoriter, xenoliter från manteln och ophioliter (fragment av tidigare oceanisk skorpa) är beståndsdelar av den kontinentala skorpan eftersom det är där vi hittade dem.
Ungefär tre fjärdedelar av kontinentalskorpan är täckt av sedimentära bergarter och nästan hela skorpan är täckt av lösa sediment (jord, sand, smuts osv.). Vi kommer med största sannolikhet att stöta på dessa material, men det är viktigt att förstå att trots att de är så allestädes närvarande på ytan utgör de endast cirka 8 % av hela skorpans massa. Sediment konsolideras till sedimentära bergarter efter begravning. Sand förvandlas till sandsten, kalkhaltig lera till kalksten och lera till lersten. Sedimentära bergarter är stabila endast i de övre delarna av jordskorpan. Högt tryck och hög temperatur i de djupare delarna metamorferar dem (mineralerna omkristalliseras) till olika metamorfa bergarter. Huvuddelen av kontinentalskorpan består av metamorfa bergarter. Igneösa bergarter är också vanliga på ytan i vulkaniskt aktiva områden, men de förekommer också djupare i jordskorpan som granitiska (mestadels) intrusioner.
Betydelsefulla sediment är sand, lera, gyttja (våt blandning av lera och fin sand) och kalkhaltig gyttja. Utbredda sedimentära bergarter är kalksten (2 volymprocent av jordskorpan), sandsten (1,7 %), lersten (4,2 %) som är litifierade versioner av de lösa sedimenten som nämnts tidigare. Kemiska sediment som halit och gips är också viktiga, men deras totala volym är klart mindre än 1 % av skorpan. Viktiga magmatiska bergarter är granit, granodiorit, gabbro, basalt, diorit, andesit osv. Det är mycket svårt att säga hur stor andel dessa bergarter utgör. Viktiga metamorfa bergarter är metamorfoserade motsvarigheter till utbredda sedimentära och magmatiska bergarter. Vanliga metamorfa bergarter är skiffer (metamorfoserad lersten), skiffer (met. lersten, högre kvalitet än skiffer) kvartsit (met. sandsten), marmor (met. kalksten), gnejs (met. magmatisk bergart eller sedimentära bergarter), amfibolit (met. basaltiska bergarter).
Sediment och sedimentära bergarter
De flesta karbonatstenar var en gång karbonatslam på havsbotten. Denna gyttja består av små karbonatskal av foraminiferer, coccolithophorer, snäckor etc. Det här provet är en korallsand från Bermuda som består av bitar av korallrev och foram-tester. Bildbredd 32 mm.
Sandsten är en litifierad sand. Det här sandprovet är en dynsand från Gobiöknen i Mongoliet. Bildbredd 10 mm.
Kalksten består vanligtvis av kalkhaltiga rester av marina livsformer. Ibland är de tillräckligt stora för att kunna ses med blotta ögat. Här är en fossil kalksten från Estland (Ordovicium) med trilobiter, brachiopoder, bryozoer m.fl. fossiler. Provets bredd 16 cm.
Gips är ett evaporitmineral. Evaporiter är vattenlösliga kemiska sediment som kristalliseras ur koncentrerat (hög salthalt) havsvatten i laguner. Bilden är tagen på Cypern.
Sandsten är en litifierad sand. Den rödaktiga färgen beror på fint hematitpulver (järnoxid) som täcker kvartskorn som utgör merparten av sedimentet. Ett utfall av devonisk sandsten i Estland.
Kalksten är i de flesta fall en litifierad kalkig lera. Ett utfall av silurisk kalksten i Saaremaa, Estland.
Mudsten (alternativa namn är skiffer, lersten och argillit) är en litifierad lera. Ett utfall i Skottland. Hammaren för skalan. Slamstenar är de vanligaste sedimentära bergarterna.
Slamstenar bildas i de flesta fall när snabbt rörliga undervattenslaviner av lerigt vatten rör sig nerför kontinentalsluttningen. Ett sådant sedimentflöde kallas turbiditetsströmmar. Turbiditetsströmmen består vanligtvis av många omväxlande lager av siltsten (mycket fin sandsten) och lera. Silt sedimenterar snabbare än vad lermineraler gör och därför består varje ström av två olika lager (det kan finnas ännu fler). Här är en bild av mörkfärgad lersten och ljus siltsten under den. Dessa prover kommer från en turbiditetsström från Spanien. Proverna kommer från ett enda utfall, men de låg inte bredvid varandra där. Bredden på proverna är ungefär 20 cm.
Ett utfall av turbidit i Marocko. Sedimentära sekvenser som denna var tidigare kända som flysch. Denna term används numera sällan eftersom förklaringen till hur flysch bildas är klart föråldrad numera. Det brukade vara en integrerad del av den geosynkliniska teorin som försökte förklara bergsbildningsprocessen innan vi förstod att det finns en mycket bättre förklaring som kallas plattektonik.
Gnejsartade bergarter
Gnejsartade bergarter klassificeras efter sin kiselhalt. Bergarter som innehåller mycket kiseldioxid är vanligtvis ljusa. De viktigaste mineralerna är fältspat och kvarts. Dessa bergarter kallas för felsiska bergarter (fältspat + kiseldioxid). Vanliga felsiska bergarter är granit och rhyolit. Mafiska bergarter har låg halt av kiseldioxid men relativt hög halt av magnesium och järn. De är mörkfärgade och benämns mafiska bergarter (magnesium + järn). Oavsett om de är felsiska eller mafiska innehåller dessa bergarter dock alltid mycket mer kisel än magnesium eller järn. Viktiga mineraler i mafiska bergarter är pyroxen, plagioklas och ibland även olivin eller amfibol. Det finns också bergarter med en mellanliggande sammansättning (diorit och andesit).
Gnetiska bergarter delas vidare in i intrusiva (plutoniska) och extrusiva (vulkaniska) bergarter. Intrusiva bergarter är grovkorniga och extrusiva bergarter finkorniga. Granit, diorit och gabbro är intrusiva bergarter. Rhyolit, andesit och basalt är vulkaniska bergarter. Felsiska bergarter är mycket mer trögflytande och bryter därför relativt sällan ut till ytan. De stelnar vanligtvis som intrusiva bergarter. Därför är granit en mycket vanlig bergart medan rhyolit inte är sällsynt men inte alls lika utbredd som granit. Det är annorlunda med mafiska bergarter. Basaltisk magma är mindre viskös och flyter relativt lätt upp till ytan. Basalt är en mycket vanlig bergart, särskilt i den övre delen av den oceaniska jordskorpan. Andesit ligger någonstans i mitten. Det är en ganska vanlig bergart som är förknippad med vulkanism i subduktionszonen, men den är inte lika utbredd som basalt.
Förresten är den kontinentala skorpans genomsnittliga sammansättning andesit. Därför tror vi att den ger oss en antydan om hur kontinentalskorpan bildades. Det är vulkanism i subduktionszonen som skapar lava med intermediär sammansättning som är mindre tät än basaltiska stenar i den oceaniska skorpan och som därför inte kan dyka tillbaka till manteln. Den kontinentala skorpan återvinns alltså inte av den oceaniska skorpans transportband och kan bara växa sig större och större med tiden.
Rhyolit är en vulkanisk motsvarighet till granit. Provet från Skottland är 8 cm brett. 
Gabbro är en mafisk intrusiv bergart. Provet från Cypern (från Troodos ophiolit som representerar tidigare oceanisk skorpa) är 7 cm brett.
Basalt är en vulkanisk motsvarighet till gabbro. Provet från Nordirland är 8 cm brett.
Andesit är en vanlig vulkanisk bergart som har en mellansammansättning mellan mafiska och felsiska bergarter. Det vita mineralet är plagioklas. Bredden på provet från Santorini är 7 cm.
Metamorfa bergarter
Denna bergart var en gång sandsten, men den begravdes så djupt att kvartskorn smälte samman och bildade en seg metamorf bergart som kallas kvartsit. Provet är från Irland.
Marmor är en metamorfoserad kalksten. Den består av kalcit. Utfallet ligger i Karelen, Ryssland.
Schist är en starkt lövad metamorf bergart, troligen metamorfoserad lersten. Foto taget i Skottland.
Ett handprov av skiffer från Spanien. Provets bredd 9 cm.
Kloritskiffer är en metamorfoserad mafisk magmatisk magmatisk bergart som är rik på järnhaltigt grönt skivsilikatmineral klorit som ger skifferklyvning till berget. Provets bredd 13 cm.
Gnejs är en mycket vanlig metamorf bergart. Kanske upp till en femtedel av jordskorpan består av gnejsiska bergarter. Karelen, Ryssland. Detta exemplar har en sammansättning som motsvarar en vanlig granit: rosa K-fältspat, grå kvarts och svart biotit. Provets bredd 11 cm.
Fortsatt läsning
.