Schiefer

Schiefer ist ein lithifizierter Schlamm – ein Sedimentgestein, das hauptsächlich aus ton- und schlickgroßen Körnern besteht. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Schiefer zu definieren. Einige Definitionen sind ziemlich eng. Das vom American Geological Institute veröffentlichte Glossar der Geologie definiert Schiefer als laminiertes, verhärtetes Gestein mit > 67% tongroßen Mineralien1. Diese Definition unterscheidet klar zwischen Schiefer und Schlammstein. Letzteres ist ein ähnliches Gestein, jedoch ohne nennenswerte Laminierung. Es trennt auch Schiefer von Schlickstein, bei dem es sich um einen Schlammstein handelt, bei dem der Schlick gegenüber Ton überwiegt.

Schiefer ist ein feinkörniges Sedimentgestein, das zeigt typischerweise feine Laminierung. Finnmark, Norwegen. Probenbreite 9 cm.

Manchmal werden diese Gesteine jedoch als eine große Familie verwandter und extrem weit verbreiteter Gesteine behandelt, die zusammen als Schiefer, Mudrock oder Schlammstein bezeichnet werden. Diese Gesteine sind definitiv die häufigsten Sedimentgesteine in der Kruste. Es wurde geschätzt, dass mehr als die Hälfte2 aller Sedimentgesteine verschiedene Arten von Schlammsteinen sind. Ihnen folgen Karbonatgesteine und Sandsteine.

Schiefer ist ein wirtschaftlich wichtiges Gestein. Es kann als fossiler Brennstoff (Ölschiefer) abgebaut werden, aber was noch wichtiger ist, es ist ein Quellgestein für Rohöl und Erdgas. Schiefer ist auch das Gestein, aus dem wir Kohlenwasserstoffe mithilfe von hydraulischem Fracking (Fracking) gewinnen.

Schiefer als typisches Sedimentgestein klar geschichtet und kann durch ein späteres orogenes Ereignis gefaltet werden. Schieferaufschluss aus Nordnorwegen. Hammer für die Waage.

Schlamm bedeckt ein trockenes Flussbett in La Palma, Kanarische Inseln. Der Hauptbestandteil von Schiefer ist Ton, der sich hier auf dem Weg vom zerfallenen Gestein höher in den Bergen zum Meer befindet, wo er schließlich abgelagert wird. Flüsse tragen den ganzen Schlamm zum Meer.

Ein Schieferaufschluss in Schottland. Hammer für die Waage.

Schieferkiesel an der Küste in Estland. Schiefer ist relativ leicht zu identifizieren. Es neigt dazu, flache Kieselsteine mit einer dunklen, stumpfen Oberfläche zu erzeugen.

Eine kurze Übersicht über Gesteinsnamen, die zur Beschreibung von Schlammsteinen oder von ihnen abgeleiteten Gesteinen verwendet werden:

Schlammiger Fels	Beschreibung
Schiefer	Ein laminiertes und verdichtetes Gestein. Ton sollte über Schlick dominieren.
Tonstein	Wie Schiefer, aber ohne feine Laminierung oder Spaltbarkeit. Ton sollte über Schlick dominieren.
Tongestein	Ein Synonym für Tonstein.
Argillit	Ein eher schwach definierter Gesteinstyp. Es ist ein kompakter und verhärteter Fels, der tiefer als die meisten Schlammfelsen vergraben ist und als schwach verwandelter Schlammstein angesehen werden kann. Argillit fehlt die schieferartige Spaltung und ist nicht so laminiert wie typischer Schiefer.
Schlammstein	Ein verhärteter Schlamm, dem die für Schiefer charakteristische Feinkaschierung fehlt. Schlammstein hat ungefähr gleiche Anteile an Ton und Schlick. „Schlammstein“ kann als allgemeiner Begriff behandelt werden, der alle Gesteinsarten umfasst, die hauptsächlich aus verdichtetem Schlamm bestehen.
Schlickstein	Ein Schlammstein, in dem Der Schlick überwiegt gegenüber Ton.
Mudrock	Ein Synonym für Schlammstein.
Lutite	Ein Synonym für Schlammstein, obwohl es selten unabhängig verwendet wird. Normalerweise in Kombination mit einem Modifikator (Calcilutit ist ein sehr feinkörniger Kalkstein).
Pelit	Ein weiteres Synonym für Schlammstein. Kann verwendet werden, um nicht konsolidierte feinkörnige Sedimente zu beschreiben. Wird auch verwendet, um feinkörnige Carbonate genauso wie Lutit zu beschreiben.
Marl	Ein kalkhaltiger Schlamm. Es ist eine Mischung aus Ton-, Schlick- und Karbonatkörnern in verschiedenen Anteilen. Kann konsolidiert werden, wird in diesem Fall jedoch häufig als Mergelstein bezeichnet.
Sarl	Ähnlich wie Mergel, enthält jedoch siliciumhaltige biogene Körner anstelle von Carbonatschlamm.
Smarl	Eine Mischung Sarl und Smarl.
Schwarzer Schiefer	Schwarzer kohlenstoffhaltiger Schiefer, der seine Farbe organischer Substanz verdankt (> 5%). Es ist reich an Sulfidmineralien und enthält erhöhte Konzentrationen mehrerer Metalle (V, U, Ni, Cu).
Ölschiefer	Eine Vielzahl von Schiefer reich an organischer Substanz. Bei der Destillation entstehen Kohlenwasserstoffe.
Alaunschiefer	Ähnlich wie Schwarzschiefer, aber Pyrit hat sich teilweise unter Bildung von Schwefelsäure zersetzt, die mit den Mineralbestandteilen des Gestein unter Bildung von Alaun (wasserhaltiges Kalium-Aluminiumsulfat). Es ist ebenso wie Schwarzschiefer reich an mehreren Metallen und wurde als Uranquelle abgebaut.
Olistostrom	Eine chaotische Masse aus Schlamm und größeren Klasten unter Wasser als schwerkraftgetriebene Schlammlawine gebildet.Es fehlt an Einstreu.
Turbidit	Ein Sediment oder ein Gestein, das durch einen Trübungsstrom abgelagert wird. Diese Ablagerungen bilden sich unter Wasser als Mischung aus Ton, Schlick und Wasser, die (in den meisten Fällen) den Kontinentalhang hinunterrutschen. Turbidit besteht oft aus abwechselnden schlammigen und tonigen Schichten.
Flysch	Ein alter Begriff, der heutzutage weitgehend durch Turbidit ersetzt wird.
Diamictite	Rein beschreibender Begriff, der zur Beschreibung von Sedimentgestein verwendet wird, das größere Klasten in einer feinkörnigen Matrix enthält. Diamictit kann auf viele Arten gebildet werden, aber es scheint in den meisten Fällen ein lithifizierter Gletscher zu sein.
Tillit	Ein lithifizierter, schlecht sortierter ( größere Klasten in einer schlammigen Matrix) Sediment von einem Gletscher abgelagert. Tillit ist eine lithifizierte Kasse.
Schiefer	Ein feinkörniges metamorphes Gestein, das in dünne Schichten gespalten werden kann (mit schieferartiger Spaltung). Schiefer ist in den allermeisten Fällen ein metamorphosierter Schiefer / Schlammstein.
Metapelit	Jeder metamorphosierte Schlammstein. Schiefer, Phyllit und verschiedene Schiefer sind übliche Metapelite.
Phyllit	Ein metamorphes Gestein mit höherem Gehalt als Schiefer und niedriger als Schiefer. Es hat einen charakteristischen Glanz auf den Spaltflächen, die ihm durch Platinglimmer und / oder Graphitkristalle verliehen werden.

Schlammsteine, die reich an gröberem Schlick sind, haben tendenziell eine hellere Farbe und zeigen keine feine Laminierung, die für richtigen Schiefer typisch ist. Dieser Schlickstein aus den spanischen Pyrenäen ist Teil eines Turbidits. Probenbreite 12 cm.

Diamictite ist schlecht sortiertes Gestein mit einer schlammigen Matrize. Dieser Diamictit aus Nordnorwegen ist glaziogenen Ursprungs (Tillit) aus der Varangianischen Eiszeit. Probenbreite 12 cm.

Turbidit ist eine Sedimentgesteinseinheit, die viele solcher Schlickstein-Schlammstein-Paare enthält, die während derselben Episode von auf dem Meeresboden abgelagert wurden Schwerkraftgetriebene subwässrige Schlammlawine. Die Trübungssequenz besteht typischerweise aus vielen abwechselnden Schichten aus Sil und Ton. Der Schlick setzt sich vor dem Ton ab, weshalb sich während des gleichen Ereignisses mindestens zwei unterschiedliche Schichten ablagern. Die Proben stammen von einem einzigen Aufschluss in Spanien, waren dort aber nicht nebeneinander. Die Breite der Proben beträgt etwa 20 cm.

Ein Aufschluss von Schiefer (Turbidit) in Loughshinny, Irland.

Zusammensetzung

Schiefer ist so weit verbreitet, weil seine Hauptbestandteile (Tonmineralien) an der Oberfläche sehr häufig sind. Diese Mineralien entstehen durch chemische Verwitterung – Zerfall von Gesteinen unter nassen / feuchten Bedingungen. Die Mineralien, die Ton ergeben, sind verschiedene Silikate, die in den magmatischen und metamorphen Gesteinen vorherrschen. Die wichtigsten Tonmineralien sind Kaolinit, Smektit (Montmorillonit) und Illit. Die ersten beiden sind bei jüngeren Schiefern üblich. Illit dominiert in älteren (paläozoischen) Schiefern, da die Bestattung zu einem Illitisierungsprozess führt, bei dem Smektit in Illit umgewandelt wird.

Schlamm ist eine Mischung aus Wasser, Ton und Schlick (Sand). Daher enthalten Schlammsteine neben Tonmineralien auch verschiedene Mengen Schlick (Korngröße 2-63 Mikrometer) und Sand. Wenn Schlick dominiert, wird der Fels normalerweise Schlickstein genannt. Schlick besteht hauptsächlich aus Mineralquarz, kann aber auch Mineralien der Feldspatgruppe und andere Gesteinsbildner, einschließlich Schwermineralien, enthalten.

Wichtige Bestandteile in Schlammsteinen können Carbonat- oder Kieselkörner sein. Beide sind normalerweise biogenen Ursprungs. Schlammige Sedimente, die viele dieser Bestandteile enthalten, werden als Mergel bzw. Sarl bezeichnet (Mergelstein, Sarlstein, wenn lithifiziert).

Pyrit ist ein häufiges Mineral in Schlammsteine, die sich unter reduzierenden Bedingungen bildeten. Beachten Sie die grünliche Farbe, die auch darauf hinweist, dass während der Diagenese kein freier Sauerstoff verfügbar war. Elba, Italien. Probenbreite 22 cm. TUG 1608-6763.

Schwarzer Schiefer mit euhedrischen Pyritwürfeln und Quarzadern. Probenbreite 8 cm. TUG 1608-2799.

Ein Schiefer mit weißen Calcitadern. Diese Adern sind nach der Ablagerung (später im Gestein gebildet). Loughshinny, Irland. Probenbreite 10 cm.

Organische Substanz

Ein sehr wichtiger Bestandteil vieler Schiefer ist kohlenstoffhaltiges Material. Dies ist organische Substanz, die normalerweise in den Gesteinen als Kerogen vorkommt (eine Mischung aus organischen Verbindungen mit hohem Molekulargewicht). Obwohl Kerogen nicht mehr als etwa 1% aller Schiefer bildet, befindet sich die überwiegende Mehrheit des Kerogens in Schlammsteinen. Schiefer, die reich an organischer Substanz sind (> 5%), werden als Schwarzschiefer bezeichnet. Diese Gesteine werden durch organische Stoffe schwarz gefärbt. Organische Stoffe sollten unter normalen Bedingungen von Bakterien zersetzt werden, aber eine hohe Produktivität, schnelle Ablagerung und Vergrabung oder Sauerstoffmangel können sie bewahren.Pyrit ist ein häufiges Sulfidmineral in Schwarzschiefern. Organische Materie und Pyrit kommen zusammen im selben Gestein vor, da beide für ihre Bildung sauerstofffreie Bedingungen benötigen.

Einige Schiefer, die besonders reich an organischer Substanz sind, werden als Ölschiefer bezeichnet. Sie ergeben bei der Destillation Kohlenwasserstoffe. Ölschiefer kann als fossiler Brennstoff verwendet werden, obwohl er relativ „schmutzig“ ist, da er normalerweise viele unerwünschte (nicht brennende) Mineralien enthält. Und wegen des oben genannten Pyrits, der Umweltschäden verursacht, nachdem er sich an der Oberfläche zu Schwefelsäure zersetzt hat.

Schwarzer Schiefer ist eine Schiefersorte, die viel organisches Material enthält und ihm eine schwarze Farbe verleiht. Diese Gesteine sind reich an Pyrit und mehreren Metallen wie Vanadium, Uran usw. Sie wurden in der Vergangenheit als Uranquelle abgebaut. Schwarzer Schiefer in Estland.

Ein Aufschluss von Schwarzschiefer in Estland.

Schieferbildung

Tonmineralien, die durch den Zerfall von Silikatmineralien entstanden sind, werden normalerweise von einem fließenden Wasser von ihrem Entstehungsort weggetragen. Sie werden abgesetzt wenn durch Strömungen und Wellen verursachte Flüssigkeitsturbulenzen der Schwerkraft nicht mehr entgegenwirken können. Tonmineralien sind klein genug, um in t transportiert zu werden er suspendiert für eine lange Zeit. Sie setzen sich ab, nachdem sie größere Aggregate gebildet haben, entweder aufgrund von Flockung oder aufgrund biologischer Aktivität (filterfütternde Organismen, die schlammhaltige Kotpellets ausscheiden).

Die meisten Tonmineralien gelangen schließlich zum Ozean, wo sie sich schließlich befinden im Regal und am Kontinentalhang abgelegt. Diese wasserreichen Sedimente am sanften Kontinentalhang sind gravitationsinstabil. Einige Auslösemechanismen wie ein Erdbeben, ein Tsunami oder einfach das Gewicht der darüber liegenden Sedimente können riesige und sich schnell bewegende Sedimentströme mit dichter Dichte auslösen, die sich den Hang hinunter bewegen. Diese Strömungen sind als Trübungsströme und das so als Trübungsbild gebildete Sediment bekannt. Turbidit besteht häufig aus abwechselnden schlick- und tonreichen Schichten, die sich bilden, weil sich Schlick schneller und vor dem Ton absetzt, während sich danach tonreiche Schichten bilden und in distaleren Teilen der Trübungssequenz dicker sind. Viele solcher Schichten können aufeinander folgen und eine dicke marine Sedimenteinheit bilden.

Abgelagerter Schlammstein enthält desorientierte Tonaggregate, die viel Porenraum schaffen, der mit Wasser gefüllt ist. Wenn sich mehr Sedimente ansammeln, verursacht das Gewicht der darüber liegenden Sedimente eine Verdichtung – Tonaggregate nehmen eine bevorzugte Ausrichtung senkrecht zur Spannungsrichtung ein, der Porenraum wird verringert und Wasser wird aus den Gesteinen herausgedrückt. Mit steigender Temperatur und steigendem Druck beginnen Änderungen in der Mineralogie. Dies ist jedoch keine Metamorphose. Diese Veränderungen finden in relativ geringen Tiefen und moderaten Temperaturen statt und der Prozess wird als Diagenese bezeichnet. Es gibt natürlich keine scharfe Grenze zwischen Diagenese und Metamorphose. In vielen Fällen kann es nahezu unmöglich sein, sicher zu sagen, ob das teilchenförmige Gestein noch sedimentär oder bereits metamorph ist. Pelitische Gesteine in der Handprobe gelten normalerweise als metamorph, wenn sie eine klare Schieferspaltung aufweisen und aufgrund größerer Glimmerflocken, die auf Kosten ehemaliger Tonmineralien gezüchtet wurden, eine reflektierendere Oberfläche aufweisen.

Stark gefalteter Turbidit in Loughshinny, Irland.

Grüne Farbe zeigt reduzierende Bildungsbedingungen an. Finnmark, Norwegen. Probenbreite 19 cm.

Sohlenmarkierungen sind gemeinsame Merkmale (Abgüsse) auf den unteren Oberflächen von Schieferschichten. Sie können verwendet werden, um den Weg nach oben und die Paläoströmungsrichtung anzuzeigen.

Gefalteter Schieferaufschluss. Finnmark, Norwegen.

Diagenese und Kohlenwasserstoffe

Der Illitierungsprozess (Smektit wird in Illit umgewandelt) ist eine wichtige Änderung, die während der Diagenese in Schlammsteinen stattfindet. Die Illitisierung verbraucht Kalium (normalerweise durch Detrital-K-Feldspat bereitgestellt) und setzt Eisen, Magnesium und Kalzium frei, die von den anderen bildenden Mineralien wie Chlorit und Calcit verwendet werden können. Der Temperaturbereich der Illitisierung beträgt etwa 50-100 ° C3. Der Kaolinitgehalt nimmt auch mit zunehmender Grabtiefe ab. Kaolinit bildet sich in heißem und feuchtem Klima. Das trockenere gemäßigte Klima begünstigt tendenziell Smektit. Der Grund ist, dass viele Niederschläge lösliche Ionen aus dem Gestein auswaschen, während das trockenere Klima diese Aufgabe nicht so effektiv erfüllt. Kaolinit wird in feuchtem Klima bevorzugt, da es neben Kieselsäure und Wasser nur Aluminium enthält. Aluminium ist stark restlich, während die Bestandteile von Smektit (Magnesium und Kalzium zusätzlich zu Aluminium und Eisen) leichter abtransportiert werden.

Ein weiterer wichtiger und wirtschaftlich sehr wichtiger Prozess, der während der Diagenese stattfindet (manchmal wird dieses Stadium als Katagenese bezeichnet), ist die Reifung von Kerogen zu Kohlenwasserstoffen. Kerogen ist eine wachsartige Substanz, die im Gestein eingeschlossen ist, aber zu leichteren Kohlenwasserstoffen reift, die sich aus dem Schiefer herausbewegen und nach oben wandern können. Dieser Vorgang kann bei Temperaturen zwischen ca. 50-150 ° C4 (Ölfenster) stattfinden. Dies entspricht normalerweise 2-4 Kilometern Grabtiefe. Leichtere Kohlenwasserstoffe, die während der Prozesse freigesetzt werden (bekannt als katalytisches und thermisches Cracken), können nun frei nach oben wandern. Sie können verwertbare Öl- und Gasspeicher bilden, wenn sie durch eine strukturelle Falle gestoppt werden, die eine Antikline oder eine Fehlergrenze sein kann. Die Gesteinsschicht, die die Aufwärtsbewegung stoppt, ist in vielen Fällen eine weitere Schieferschicht, da verdichteter Schiefer eine harte Barriere für Flüssigkeiten und Gase darstellt. Schiefer kann aus dem gleichen Grund auch ein Aquiklud zwischen wasserführenden Schichten bilden – es lässt kein Wasser leicht durch das Gestein fließen (hat eine geringe Durchlässigkeit).

Dies ist auch der Grund, warum sich einige der gebildeten Schichten bilden Kohlenwasserstoffe können nicht aus den Quellgesteinen wandern. Diese Ressource steht uns zumindest teilweise noch zur Verfügung, wenn wir Löcher bohren und unter Druck stehendes Wasser in das Gestein injizieren, wodurch es bricht. Diese Methode wird als hydraulisches Fracking (Fracking) bezeichnet. Die gebildeten Risse werden durch die mit dem Wasser injizierten Sandkörner offen gehalten, und in den Gesteinen eingeschlossene Kohlenwasserstoffe werden wiederherstellbar. Das Brechen ist tatsächlich ein üblicher Prozess in der Kruste. Mineralische Adern und Deiche sind Risse in der Kruste, die durch eine unter hohem Druck stehende Flüssigkeit oder Magma geöffnet und versiegelt werden.

Ein Ölschiefer (Variery Kukersite) aus Estland wird weiterhin als fossiler Brennstoff und Rohstoff für die Schieferölindustrie verwendet. Das Gestein ist sehr reich an Fossilien (Bryozoen, Trilobiten, Brachiopoden). Kukersite ist schwach laminiert.

Kerogenreicher Schiefer aus Russland. Probenbreite 10 cm.

Bilder verwandter Gesteine

Dies sind Schieferplatten. Obwohl Schiefer auch Spaltbarkeit zeigt, bricht er nicht in so dünne Hartgesteinsschichten ein und sieht deutlich trüber aus.

Dies ist ein schlammiger Kalkstein, in dem sich helle karbonatreiche Schichten mit silikiklastischen (schlammigen) Schichten abwechseln. Biri, Oppland, Norwegen. Probenbreite 9 cm.

Sandstein muss auch kein reiner Quarz sein. Es enthält oft nennenswerte Mengen an Ton, die während der mit der Bestattung verbundenen Diagenese in Glimmer und Chlorit umgewandelt werden können. Probenbreite 18 cm.

Ein metamorphosiertes silikiklastisches Sedimentgestein, das jetzt aus metamorphosiertem Sandstein (Quarzit) mit einer Schicht aus metamorphosiertem Schlamm (Schiefer) besteht. .

Metapelit ist ein metamorphes Gestein mit einem Schlammsteinprotolithen. Staurolithschiefer ist ein Metapelit. Im Vordergrund befindet sich ein Zwillings-Staurolith-Porphyroblast. Tohmajärvi, Finnland. Probenbreite 19 cm.

Schiefer ist ein metamorphosierter Schiefer. Es hat eine schieferartige Spaltung (Tendenz, in dünne Gesteinsschichten zu brechen).

Glimmerschiefer ist ein Metapelit – ein metamorphosiertes tonreiches Sediment Felsen. Rote Kristalle sind Almandin-Granat-Porphyroblasten. Narvik, Norwegen. Probenbreite 14 cm.

Ein metamorphosiertes Mudrock, das eindeutig sowohl ton- als auch quarzreiches Material enthält. Probenbreite 14 cm.