Skifer

december 2, 2020

Skifer er en lithificeret mudder – en sedimentær klippe, der hovedsagelig består af korn af ler og silt. Der er flere måder at definere skifer på. Nogle definitioner er ret snævre. Ordliste over geologi udgivet af American Geological Institute definerer skifer som en lamineret, indureret klippe med > 67% mineraler i lerstørrelse1. Denne definition skelner klart mellem skifer og muddersten. Sidstnævnte er en lignende sten, men uden bemærkelsesværdig laminering. Det adskiller også skifer fra siltsten, som er en muddersten, hvor silt dominerer over ler.

Skifer er en finkornet sedimentær klippe, der viser typisk fin laminering. Finnmark, Norge. Prøvebredde 9 cm.

Imidlertid behandles disse klipper undertiden som en stor familie af beslægtede og ekstremt udbredte klipper, der kollektivt kaldes skifer, mudderrock eller muddersten. Disse klipper er bestemt de mest almindelige sedimentære klipper i skorpen. Det er blevet anslået, at mere end halvdelen af alle sedimentære klipper er forskellige typer muddersten. De efterfølges af karbonatsten og sandsten.

Skifer er en økonomisk vigtig sten. Det kan udvindes som et fossilt brændstof (olieskifer), men endnu vigtigere er det en kilde af råolie og naturgas. Skifer er også klippen, hvorfra vi ekstraherer kulbrinter ved hjælp af hydraulisk frakturering (fracking).

Skifer som en typisk sedimentær klippe er klart lagdelt, og det kan foldes ved en senere orogen hændelse. Skiferplante fra det nordlige Norge. Hammer til skala.

Mudder, der dækker et tørt flodleje i La Palma, De Kanariske Øer. Hovedingrediensen i skifer er ler, som er her på vej fra den opløste klippe højere i bjergene til havet, hvor den endelig vil blive deponeret. Floder gør det hårde job med at transportere alt mudderet til havet.

En skiferplante i Skotland. Hammer til skala.

Skifersten på kysten i Estland. Skifer er relativt let at identificere. Det har tendens til at producere flade småsten med en mørkfarvet kedelig overflade.

En kort oversigt over stennavne, der bruges til at beskrive muddersten eller sten, der stammer fra dem:

Muddy rock	Beskrivelse
Skifer	En lamineret og komprimeret sten. Ler skal dominere over silt.
Leresten	Ligesom skifer, men mangler dens fine laminering eller spaltbarhed. Ler skal dominere over silt.
Lersten	Et synonym for lersten.
Argillite	En ret svagt defineret stenart. Det er en kompakt og indureret klippe begravet dybere end de fleste mudder og kan betragtes som en svagt metamorfoseret muddersten. Argillit mangler den spaltede spaltning og er ikke lamineret så godt som typisk skifer er.
Muddersten	Et indureret mudder, der mangler skiferens fine lamineringsegenskaber. Mudstone har nogenlunde lige store andele af ler og silt. “Mudstone” kan behandles som et generelt udtryk, der inkluderer alle sorter af klipper, der for det meste består af komprimeret mudder.
Siltstone	En muddersten, hvor silt dominerer over ler.
Mudrock	Et synonym for muddersten.
Lutite	Et synonym for muddersten, men sjældent brugt uafhængigt. Normalt i kombination med noget modifikator (calcilutit er en meget finkornet kalksten).
Pelite	Et andet synonym for muddersten. Kan bruges til at beskrive ukonsoliderede finkornede sedimenter. Bruges også til at beskrive finkornede carbonater ligesom lutit.
Marl	Et kalkholdigt mudder. Det er en blanding af ler, silt og karbonatkorn i forskellige proportioner. Kan konsolideres, men i dette tilfælde kaldes det ofte marlstone.
Sarl	Svarende til marmel, men indeholder kiselholdige biogene korn i stedet for karbonatslam.
Smarl	En blanding sarl og smarl.
Sort skifer	Sort kulstofskifer, der skylder sin farve organisk stof (> 5%). Den er rig på sulfidmineraler og indeholder forhøjede koncentrationer af flere metaller (V, U, Ni, Cu).
Olieskifer	En række skifer rig på organisk materiale. Det vil give kulbrinter ved destillation.
Alunskifer	Svarende til sort skifer, men pyrit har delvis nedbrudt og dannet svovlsyre, som reagerede med de indgående mineraler i sten til dannelse af alun (vandigt kalium-aluminiumsulfat). Det er rig på flere metaller lige så sort skifer og er blevet udvundet som en kilde til uran.
Olistostrome	En kaotisk muddermasse og større klaster dannet under vand som en tyngdekraftsdrevet mudderskred.Det mangler strøelse.
Turbidite	Et sediment eller en sten, der er aflejret af en turbiditetsstrøm. Disse aflejringer dannes under vand som en blanding af ler, silt og vand, der glider ned ad den kontinentale skråning (i de fleste tilfælde). Turbidite er ofte sammensat af skiftende siltige og leragtige lag.
Flysch	Et gammelt udtryk er i dag stort set erstattet af turbidit.
Diamictite	Rent beskrivende udtryk bruges til at beskrive enhver sedimentær sten, der indeholder større klaster i en finkornet matrix. Diamictite kan dannes på mange måder, men det ser ud til at være en litificeret glacialkasse i de fleste tilfælde.
Tillite	En litificeret dårlig sorteret ( større klaster i en mudret matrix) sediment deponeret af en gletscher. Tillite er en lithificeret till.
Skifer	En finkornet metamorf sten, der kan opdeles i tynde ark (har spaltet spaltning). Skifer er i langt de fleste tilfælde en metamorfoseret skifer / muddersten.
Metapelite	Enhver metamorfoseret muddersten. Skifer, phyllite og forskellige lister er almindelige metapelitter.
Phyllite	En metamorf sten, der er højere i kvalitet end skifer og lavere end skifer. Det har en karakteristisk glans på spaltningsoverfladerne, der er givet af plade glimmer og / eller grafitkrystaller.

Muddersten rig på grovere silt har tendens til at være lysere i farven og viser ikke fin laminering, der er typisk for korrekt skifer. Denne siltsten fra de spanske Pyrenæer er en del af en turbidit. Prøvebredde 12 cm.

Diamictite er dårligt sorteret sten med en mudret matric. Denne diamictit fra det nordlige Norge er af glaciogen oprindelse (tillit) fra Varangian-isen. Prøvebredde 12 cm.

Turbidite er en sedimentær klippeenhed, der indeholder mange sådanne siltstone-mudderstenpar afsat på havbunden under den samme episode af tyngdekraftsdrevet under vandig mudder lavine. Grumhedssekvensen er typisk sammensat af mange skiftende lag af sil og ler. Siltet lægger sig før ler, hvorfor der er mindst to særskilte lag deponeret under den samme begivenhed. Prøverne er fra et enkelt outcrop i Spanien, men de var ikke ved siden af hinanden der. Prøvernes bredde er ca. 20 cm.

En skifer (turbidit) udskæring i Loughshinny, Irland.

Sammensætning

Skifer er så udbredt, fordi dens hovedbestanddele (lermineraler) er meget almindelige ved overfladen. Disse mineraler dannes som et resultat af kemisk forvitring – opløsning af klipper under våde / fugtige forhold. De mineraler, der giver ler, er forskellige silikater, der dominerer i de magtfulde og metamorfe klipper. De vigtigste lermineraler er kaolinit, smektit (montmorillonit) og illit. De to første er almindelige i yngre skifer. Illite har tendens til at dominere i ældre (paleozoiske) skifer, fordi begravelse fører til illitisationsprocessen, der omdanner smektit til illite.

Mudder er en blanding af vand, ler og silt (sand). Derfor indeholder mudder også forskellige mængder silt (kornstørrelse 2-63 mikrometer) og sand ud over lermineraler. Hvis silt dominerer, kaldes klippen normalt siltstone. Silt består for det meste af mineralsk kvarts, men det kan også indeholde feldspar-gruppemineraler og andre stendannere, herunder tunge mineraler.

Vigtige bestanddele i muddersten kan være carbonat eller kiselholdige korn. Begge er normalt biogene i oprindelsen. Mudrede sedimenter, der indeholder masser af disse bestanddele, hedder henholdsvis marl og sarl (marlstone, sarlstone hvis litificerede).

Pyrit er et almindeligt mineral i muddersten, der dannes under reducerende forhold. Bemærk den grønlige farve, som også er en indikation af, at fri ilt ikke var tilgængelig under diagenesen. Elba, Italien. Prøvebredde 22 cm. TUG 1608-6763.

Sort skifer indeholdende euhedrale terninger af pyrit og vener af kvarts. Prøvebredde 8 cm. TUG 1608-2799.

En skifer med hvide calcitårer. Disse årer er post-deposition (dannet i klippen senere). Loughshinny, Irland. Prøvebredde 10 cm.

Organisk stof

En meget vigtig komponent i mange skifer er kulstofholdigt materiale. Dette er organisk materiale, der normalt forekommer i klipperne som kerogen (en blanding af organiske forbindelser med høj molekylvægt). Selvom kerogen ikke danner mere end ca. 1% af alle skifer, er langt størstedelen af kerogen i muddersten. Skifer, der er rige på organisk stof (> 5%) er kendt som sorte skifer. Disse farver giver sort farve organisk materiale. Organisk materiale skal nedbrydes under normale forhold af bakterier, men høj produktivitet, hurtig aflejring og nedgravning eller mangel på ilt kan bevare det.Pyrit er et almindeligt sulfidmineral i sorte skifer. Organisk materiale og pyrit forekommer sammen i samme klippe, fordi begge har brug for iltfrie betingelser for deres dannelse.

Nogle skifer, der er særlig rige på organisk materiale, er kendt som olieskifer. De giver kulbrinter ved destillation. Olieskifer kan bruges som et fossilt brændsel, selvom det er relativt “snavset” brændstof, fordi det normalt indeholder masser af uønskede (ikke brændende) mineraler Og på grund af den førnævnte pyrit, der forårsager miljøskader efter nedbrydning til svovlsyre på overfladen.

Sort skifer er en række skifer, der indeholder masser af organisk materiale, der giver den en sort farve. Disse klipper er rige på pyrit og flere metaller som vanadium, uran osv. De er tidligere blevet udvundet som en kilde til uran. Sort skifer i Estland.

En fremspring af sort skifer i Estland.

Dannelse af skifer

Lermineraler, der blev dannet ved opløsning af silikatmineraler, føres normalt væk fra deres dannelsessted med et rindende vand. De vil blive afgjort når flydende turbulens forårsaget af strømme og bølger ikke længere er i stand til at modvirke tyngdekraften. Lermineraler er små nok til at blive båret i t han suspenderes i lang tid. De vil blive afgjort efter dannelse af større aggregater enten på grund af flokkulering eller på grund af biologisk aktivitet (filterfødende organismer, der udskiller fækale pellets indeholdende mudder).

De fleste lermineraler når i sidste ende til havet, hvor de endelig er deponeret på hylden og den kontinentale hældning. Disse vandrige sedimenter på den blide kontinentale skråning er tyngdekraften ustabile. Nogle udløsningsmekanismer som et jordskælv, tsunami eller simpelthen vægten af de overliggende sedimenter kan frigøre enorme og hurtigt bevægende sedimentbelastede tæthedsstrømme, der bevæger sig ned ad skråningen. Disse strømme er kendt som turbiditetsstrømme og sedimentet således dannet som turbidit. Turbidit består ofte af skiftende silt- og lerrige lag, der dannes, fordi silt har tendens til at lægge sig hurtigere og før ler, mens lerrige lag dannes efter det og er tykkere i mere distale dele af turbiditsekvensen. Mange sådanne lag kan følge hinanden og danne en tyk marine sedimentær enhed.

Aflejret muddersten indeholder desorienteret leraggregater, der skaber masser af porerum, der er fyldt med vand. Når flere sedimenter akkumuleres, forårsager vægten af de overliggende sedimenter komprimering – leraggregater tager den foretrukne orientering vinkelret på stressretningen, porerummet reduceres, og vand presses ud af klipperne. Når temperaturen og trykket stiger, vil ændringer i mineralogi begynde. Dette er dog ikke metamorfisme. Disse ændringer finder sted på relativt lave dybder og moderate temperaturer, og processen kaldes diagenese. Der er naturligvis ingen skarp grænse mellem diagenese og metamorfisme. I mange tilfælde kan det være næsten umuligt at fortælle helt sikkert, om den partikelformede klippe stadig er sedimentær eller allerede metamorf. Pelitiske klipper i håndprøve anses normalt for at være metamorfe, når de viser tydelig spaltning og har en mere reflekterende overflade på grund af større glimmerflager, der dyrkes på bekostning af tidligere lermineraler.

Tungt foldet turbidit i Loughshinny, Irland.

Grøn farve indikerer reducerende formationsforhold. Finnmark, Norge. Prøvebredde 19 cm.

Sålemarkeringer er almindelige træk (støbninger) på skiferlagets nederste overflader. De kan bruges til at vise vejen op og lysstrømretninger.

Foldet skiferhug. Finnmark, Norge.

Diagenese og kulbrinter

Illitiseringsprocessen (smectit omdannes til illite) er en større ændring, der finder sted i muddersten under diagenesen. Illitisering forbruger kalium (leveres normalt af detrital K-feltspat) og frigør jern, magnesium og calcium, som kan bruges af de andre dannende mineraler som chlorit og calcit. Illitiseringens temperaturområde er ca. 50-100 ° C3. Kaolinitindhold falder også med øget gravdybde. Kaolinit dannes i varmt og fugtigt klima. Det tørre tempererede klima har en tendens til at favorisere smektit. Årsagen er, at masser af nedbør vasker opløselige ioner ud af klippen, mens tørre klima ikke udfører denne opgave så effektivt. Kaolinit foretrækkes i fugtigt klima, fordi det kun indeholder aluminium ud over silica og vand. Aluminium er meget resterende, mens bestanddelene af smektit (magnesium og calcium, udover aluminium og jern) lettere transporteres væk.

En anden vigtig og økonomisk meget vigtig proces, der finder sted under diagenese (nogle gange kaldes dette trin katagenese) er modning af kerogen til kulbrinter. Kerogen er et voksagtigt stof fanget i klippen, men det modnes til lettere kulbrinter, der er i stand til at bevæge sig ud af skifer og migrere opad. Denne proces kan finde sted ved temperaturer mellem ca. 50-150 ° C4 (olierude). Dette svarer normalt til 2-4 kilometer gravdybde. Lettere kulbrinter frigivet under processerne (kendt som katalytisk og termisk krakning) er nu frie til at migrere opad. De kan danne olie- og gasreservoirer, der kan udnyttes, hvis de stoppes af en slags strukturel fælde, der kan være en antiklin eller en fejlgrænse. Klippelaget, der stopper den opadgående bevægelse, er i mange tilfælde endnu et lag af skifer, fordi komprimeret skifer er en hård barriere for væsker og gas. Skifer kan også danne et vandløb mellem vandbærende lag af samme grund – det tillader ikke vand at strømme let gennem klippen (har lav permeabilitet).

Dette er også grunden til, at noget af det dannede kulbrinter er ikke i stand til at migrere ud af kildebjergene. Denne ressource er stadig i det mindste delvis tilgængelig for os, hvis vi borer huller og injicerer vand under tryk i klippen, som får det til at briste. Denne metode er kendt som hydraulisk frakturering (fracking). Dannede revner holdes åbne af sandkornene, der injiceres med vandet, og kulbrinter fanget i klipperne kan genvindes. Frakturering er faktisk en almindelig proces i skorpen. Mineralårer og diger er revner i skorpen, der er åbnet og forseglet af en væske eller magma med meget tryk.

En olieskifer (variery kukersite) fra Estland bliver fortsat brugt som fossilt brændsel og råmateriale til skiferolieindustrien. Klippen er meget rig på fossiler (bryozoner, trilobitter, brachiopoder). Kukersite er svagt lamineret.

Kerogenrig skifer fra Rusland. Prøvebredde 10 cm.

Billeder af beslægtede klipper

Disse er skiferplader. Selvom skifer også viser fissilitet, bryder den ikke i sådanne tynde ark af hård sten, og den er tydeligvis matere i udseende.

Dette er en mudret kalksten, hvor lysfarvede carbonatrige lag skifter med siliciclastic (mudrede) lag. Biri, Oppland, Norge. Prøvebredde 9 cm.

Sandsten behøver heller ikke være ren kvarts. Det indeholder ofte mærkbare mængder ler, som kan omdannes til glimmer og chlorit under diagenesen forbundet med nedgravning. Prøvebredde 18 cm.

En metamorfoseret siliciclastic sedimentær klippe nu sammensat af metamorfoseret sandsten (kvartsit) med et lag metamorfoseret mudder (skifer) .

Metapelite er en metamorf sten, der har en mudderstenes protolit. Staurolit skist er en metapelit. Der er en kryds-tvillet staurolitporfyrblast i forgrunden. Tohmajärvi, Finland. Prøvebredde 19 cm.