Skiffer

Skiffer är en litifierad lera – en sedimentär sten som består mestadels av korn av lera och siltstorlek. Det finns flera sätt att definiera skiffer. Vissa definitioner är ganska smala. Ordlista över geologi publicerad av American Geological Institute definierar skiffer som en laminerad, indurerad sten med > 67% mineraler i lerstorlek1. Denna definition diskriminerar tydligt mellan skiffer och lera. Den senare är en liknande sten men utan anmärkningsvärd laminering. Det skiljer också skiffer från siltsten, vilket är en lerasten där silt dominerar över lera.

Skiffer är en finkornig sedimentär sten som visar vanligtvis fin laminering. Finnmark, Norge. Provets bredd 9 cm.

Ibland behandlas dock dessa bergarter som en stor familj av besläktade och extremt utbredda stenar som kollektivt kallas skiffer, lera eller lera. Dessa bergarter är definitivt de vanligaste sedimentära bergarterna i skorpan. Man har uppskattat att mer än hälften av alla sedimentära bergarter är olika typer av lerstenar. De följs av karbonatstenar och sandstenar.

Skiffer är en ekonomiskt viktig sten. Det kan brytas som ett fossilt bränsle (oljeskiffer), men ännu viktigare är det en källa av råolja och naturgas. Skiffer är också berget från vilket vi utvinner kolväten genom användning av hydraulisk sprickbildning (fracking).

Skiffer som en typisk sedimentär sten är tydligt skiktad och den kan vikas av en senare orogen händelse. Skifferutgrävning från norra Norge. Hammare för skala.

Lera som täcker en torr flodbädd i La Palma, Kanarieöarna. Huvudingrediensen i skiffer är lera som är här på väg från den upplösta berget högre i bergen till havet där den slutligen kommer att deponeras. Floder gör det hårda jobbet med att bära all lera till havet.

En skifferkropp i Skottland. Hammer för skala.

Skifferstenar vid kusten i Estland. Skiffer är relativt lätt att identifiera. Det tenderar att producera platta stenar med en mörkfärgad matt yta.

En kort översikt över bergnamn som används för att beskriva lerstenar eller stenar härledda från dem:

Muddy rock	Beskrivning
Skiffer	En laminerad och komprimerad sten. Lera ska dominera över silt.
Claystone	Som skiffer men saknar dess fina laminering eller klyvbarhet. Lera ska dominera över silt.
Lersten	En synonym av lersten.
Argillite	En ganska svagt definierad bergart. Det är en kompakt och indurerad sten begravd djupare än de flesta mudrocks och kan betraktas som en svagt metamorfoserad mudstone. Argillit saknar spaltad klyvning och är inte laminerad så väl som typisk skiffer.
Mudstone	En indurerad lera som saknar skifferens finlamineringskaraktäristik. Mudstone har ungefär lika stora proportioner av lera och silt. ”Mudstone” kan behandlas som ett allmänt begrepp som inkluderar alla sorter av bergarter som mestadels består av komprimerad lera.
Siltstone	En mudstone där siltet dominerar över lera.
Mudrock	En synonym av mudstone.
Lutite	En synonym för mudstone även om det sällan används oberoende. Vanligtvis i kombination med någon modifierare (calcilutite är en mycket finkornig kalksten).
Pelite	En annan synonym för mudstone. Kan användas för att beskriva okonsoliderade finkorniga sediment. Används också för att beskriva finkorniga karbonater precis som lutit.
Marl	En kalkhaltig lera. Det är en blandning av lera, silt och karbonatkorn i olika proportioner. Kan konsolideras men i det här fallet heter det ofta marlstone.
Sarl	Liknar marmel men innehåller kiselhaltiga biogena korn istället för karbonatslera.
Smarl	En blandning sarl och smarl.
Svart skiffer	Svart kolhaltig skiffer som har sin färg tack vare organiskt material (> 5%). Den är rik på sulfidmineraler och innehåller förhöjda koncentrationer av flera metaller (V, U, Ni, Cu).
Oljeskiffer	En mängd skiffer rik på organiskt material. Det kommer att ge kolväten vid destillation.
Alunskiffer	Liknar svart skiffer men pyrit har delvis sönderdelats och bildat svavelsyra som reagerade med de ingående mineralerna i sten för att bilda alun (vattenhaltigt kalium-aluminiumsulfat). Den är rik på flera metaller lika svart skiffer och har bryts som en källa till uran.
Olistostrome	En kaotisk massa av lera och större klaster bildades under vattnet som en tyngdkraftsdriven lera.Det saknar sängkläder.
Turbidit	Ett sediment eller en sten som deponeras av en grumlingsström. Dessa avlagringar bildas under vattnet som en blandning av lera, silt och vatten som glider nerför den kontinentala sluttningen (i de flesta fall). Turbidite består ofta av alternerande silty och leriga lager.
Flysch	En gammal term ersätts idag till stor del av turbidite.
Diamiktit	Rent beskrivande term som används för att beskriva alla sedimentära bergarter som innehåller större klaster i en finkornig matris. Diamiktit kan bildas på många sätt, men det verkar vara en litifierad isbearbetning i de flesta fall.
Tillite	En litifierad dåligt sorterad ( större klaster i en lerig matris) sediment avsatt av en glaciär. Tillite är en litifierad kassa.
Skiffer	En finkornig metamorf sten som kan delas i tunna ark (har klyvspjälkning). Skiffer i de allra flesta fall är en metamorfaserad skiffer / lera.
Metapelite	Alla metamorfaserade lera. Skiffer, phyllite och olika schists är vanliga metapeliter.
Phyllite	En metamorf sten högre i grad än skiffer och lägre än schist. Den har en karaktäristisk glans på klyvningsytorna som ges av plattformiga glimmer och / eller grafitkristaller.

Mudstenar som är rika på grovare silt tenderar att vara ljusare i färgen och visar inte fin laminering som är typisk för korrekt skiffer. Denna siltsten från de spanska Pyrenéerna är en del av en turbidit. Provets bredd 12 cm.

Diamictite är dåligt sorterad sten med en lerig matris. Denna diamikit från norra Norge är av glaciogeniskt ursprung (tillit) från Varangianisationen. Provets bredd 12 cm.

Turbidite är en sedimentär bergsenhet som innehåller många sådana siltsten-mudstenpar som deponerats på havsbotten under samma avsnitt av gravitation-driven subaqueous lavine of mud. Turbiditetssekvensen består typiskt av många alternerande skikt av sil och lera. Siltet lägger sig före lera och det är därför det finns minst två distinkta lager som deponeras under samma händelse. Proverna kommer från en enda utgrävning i Spanien, men de var inte bredvid varandra där. Provernas bredd är ungefär 20 cm.

En skiffer (turbidit) i Loughshinny, Irland.

Sammansättning

Skiffer är så utbredd eftersom dess huvudbeståndsdelar (lermineraler) är mycket vanliga vid ytan. Dessa mineraler bildas som ett resultat av kemisk väderbildning – sönderfall av stenar i våta / fuktiga förhållanden. Mineralerna som ger lera är olika silikater som dominerar i magiga och metamorfa bergarter. De viktigaste lermineralerna är kaolinit, smektit (montmorillonit) och illit. De två första är vanliga i yngre skiffer. Illite tenderar att dominera i äldre (paleozoisk) skiffer eftersom begravning leder till illitiseringsprocessen som omvandlar smektit till illit.

Lera är en blandning av vatten, lera och silt (sand). Därför innehåller lerstenar också olika mängder silt (kornstorlek 2-63 mikrometer) och sand förutom lermineraler. Om silt dominerar kallas berget vanligtvis siltsten. Silt består mestadels av mineralkvarts, men det kan också innehålla fältspatgruppmineraler och andra bergformare, inklusive tunga mineraler.

Viktiga beståndsdelar i lerstenar kan vara karbonat eller kiselkorn. Båda har vanligtvis biogena ursprung. Leriga sediment som innehåller massor av dessa beståndsdelar heter marl respektive sarl (marlstone, sarlstone om litifierade).

Pyrite är ett vanligt mineral i lerstenar som bildades under reducerande förhållanden. Observera den grönaktiga färgen som också är en indikation på att fritt syre inte fanns tillgängligt under diagenesen. Elba, Italien. Provets bredd 22 cm. TUG 1608-6763.

Svart skiffer som innehåller euhedrala kuber av pyrit och vener av kvarts. Provets bredd 8 cm. TUG 1608-2799.

En skiffer med vita kalcitvener. Dessa vener är efter deponering (bildas i berget senare). Loughshinny, Irland. Provets bredd 10 cm.

Organiskt material

En mycket viktig komponent i många skiffer är kolhaltigt material. Detta är organiskt material som vanligtvis förekommer i bergarterna som kerogen (en blandning av organiska föreningar med hög molekylvikt). Även om kerogen inte bildar mer än cirka 1% av alla skiffer, är den stora majoriteten av kerogen i lera stenar. Skiffer som är rika på organiskt material (> 5%) kallas svarta skiffer. Dessa stenar får svart färg av organiskt material. Organiskt material bör brytas ned under normala förhållanden av bakterier, men hög produktivitet, snabb avsättning och begravning eller syrebrist kan bevara det.Pyrit är ett vanligt sulfidmineral i svarta skiffer. Organiskt material och pyrit förekommer tillsammans i samma berg eftersom båda behöver syrefria förhållanden för att de ska bildas.

Vissa skiffer som är särskilt rika på organiskt material kallas oljeskiffer. De ger kolväten vid destillation. Oljeskiffer kan användas som ett fossilt bränsle, även om det är relativt ”smutsigt” bränsle eftersom det vanligtvis innehåller massor av oönskade (ej brinnande) mineraler och på grund av den ovannämnda pyriten som orsakar miljöskador efter nedbrytning till svavelsyra vid ytan.

Svart skiffer är en mängd skiffer som innehåller mycket organiskt material som ger den en svart färg. Dessa stenar är rika på pyrit och flera metaller som vanadin, uran, etc. De har tidigare bryts ut som en källa till uran. Svart skiffer i Estland.

En utväxling av svart skiffer i Estland.

Bildning av skiffer

Lermineraler som bildades genom upplösning av silikatmineraler transporteras vanligtvis bort från sitt bildningsställe av rinnande vatten. när flytande turbulens orsakad av strömmar och vågor inte längre kan motverka tyngdkraften. Lermineraler är tillräckligt små för att bära dem i han avstängning under lång tid. De kommer att sedimenteras efter att ha bildat större aggregat antingen på grund av flockning eller på grund av biologisk aktivitet (filtermatande organismer som utsöndrar fekala pellets som innehåller lera).

De flesta lermineraler når slutligen till havet där de äntligen befinner sig deponeras på hyllan och den kontinentala sluttningen. Dessa vattenrika sediment på den mjuka kontinentala sluttningen är gravitationellt instabila. Vissa utlösningsmekanismer som en jordbävning, tsunami eller helt enkelt vikten av de överliggande sedimenten kan släppa loss enorma och snabbt rörliga sedimentbelastade densitetsströmmar som rör sig nerför sluttningen. Dessa flöden är kända som grumlingsströmmar och sedimentet så bildat som grumlighet. Turbidit består ofta av alternerande silt- och lerrika skikt som bildas eftersom silt tenderar att sätta sig snabbare och före lera, medan lerrika lager bildas efter det och är tjockare i mer distala delar av turbiditsekvensen. Många sådana lager kan följa varandra och bilda en tjock marin sedimentär enhet.

Deponerad mudstone innehåller desorienterad leraaggregat som skapar massor av porutrymme som är fyllt med vatten. När fler sediment ackumuleras orsakar vikten av de överliggande sedimenten komprimering – leraggregat tar föredragen orientering vinkelrätt mot spänningsriktningen, porutrymmet minskas och vatten pressas ut ur klipporna. När temperaturen och trycket ökar kommer förändringar i mineralogi att påbörjas. Detta är dock inte metamorfism. Dessa förändringar äger rum på relativt grunt djup och måttliga temperaturer och processen kallas diagenes. Det finns naturligtvis ingen skarp gräns mellan diagenes och metamorfism. I många fall kan det vara nästan omöjligt att säga säkert om partiklarna fortfarande är sedimentära eller redan metamorfa. Pelitiska stenar i handprov anses vanligtvis vara metamorfa när de visar tydlig spjälklyvning och har en mer reflekterande yta på grund av större glimmerflingor som odlas på bekostnad av tidigare lermineraler.

Kraftigt vikta turbiditer i Loughshinny, Irland.

Grön färg indikerar minskande formationsförhållanden. Finnmark, Norge. Provets bredd 19 cm.

Sålmarkeringar är vanliga egenskaper (gjutningar) på skifferskiktens nedre ytor. De kan användas för att visa vägen uppåt och för att följa strömmar.

Vikta skifferutsprång. Finnmark, Norge.

Diagenes och kolväten

Illitiseringsprocessen (smektit omvandlas till illit) är en stor förändring som sker i lerstenar under diagenesen. Illitisering förbrukar kalium (tillhandahålls vanligtvis av detrital K-fältspat) och frigör järn, magnesium och kalcium, som kan användas av andra bildande mineraler som klorit och kalcit. Illitiserings temperaturområde är cirka 50-100 ° C3. Kaolinitinnehållet minskar också med ökat begravningsdjup. Kaolinit bildas i varmt och fuktigt klimat. Det torrare tempererade klimatet tenderar att gynna smektit. Anledningen är att massor av nederbörd tvättar lösliga joner ur berget, medan torrare klimat inte utför denna uppgift så effektivt. Kaolinit är gynnad i fuktigt klimat eftersom den bara innehåller aluminium förutom kiseldioxid och vatten. Aluminium är mycket kvar medan beståndsdelarna i smektit (magnesium och kalcium, förutom aluminium och järn) blir lättare transporterade.

En annan viktig och ekonomiskt mycket viktig process som äger rum under diagenes (ibland kallas detta stadium katagenes) är mognaden av kerogen i kolväten. Kerogen är en vaxartad substans som fångas i berget, men den mognar till lättare kolväten som kan röra sig ur skiffer och migrera uppåt. Denna process kan äga rum vid temperaturer mellan cirka 50-150 ° C4 (oljefönster). Detta motsvarar vanligtvis 2-4 kilometer gravdjup. Lättare kolväten som frigörs under processerna (känd som katalytisk och termisk krackning) är nu fria att migrera uppåt. De kan bilda olja- och gasbehållare som kan utnyttjas om de stoppas av någon form av strukturell fälla som kan vara en antiklin eller felgräns. Bergskiktet som stoppar den uppåtgående rörelsen är i många fall ytterligare ett skifferskikt eftersom komprimerad skiffer är en tuff barriär för vätskor och gas. Skiffer kan också bilda ett vattenfall mellan vattenbärande lager av samma anledning – det tillåter inte att vatten flyter lätt genom berget (har låg permeabilitet).

Detta är också anledningen till att en del av den bildade kolväten kan inte migrera ut ur källarterna. Den här resursen är fortfarande åtminstone delvis tillgänglig för oss om vi borrar hål och injicerar tryckvatten i berget som får den att spricka. Denna metod är känd som hydraulisk sprickbildning (fracking). Sprickor som bildas kommer att hållas öppna av sandkornen som injiceras med vattnet och kolväten som fångats i klipporna kommer att återvinnas. Frakturering är faktiskt en vanlig process i skorpan. Mineralvener och vallar är sprickor i skorpan som öppnas och förseglas av en vätska eller magma med högt tryck.

En oljeskiffer (variery kukersite) från Estland fortsätter att användas som fossilt bränsle och råmaterial för skifferoljeindustrin. Berget är mycket rikt på fossil (bryozoans, trilobites, brachiopods). Kukersite är svagt laminerad.

Kerogenrik skiffer från Ryssland. Provets bredd 10 cm.

Bilder av relaterade stenar

Dessa är skifferplattor. Även om skiffer också visar klyvbarhet bryts det inte in i så tunna hårda stenark och det är tydligt mattare i utseende.

Detta är en lerig kalksten där ljusa karbonatrika skikt växlar med kisel-plastiska (leriga) lager. Biri, Oppland, Norge. Provets bredd 9 cm.

Sandsten behöver inte heller vara ren kvarts. Den innehåller ofta märkbara mängder lera som kan omvandlas till glimmer och klorit under diagenesen associerad med begravningen. Provets bredd 18 cm.

En metamorfoserad kiselaktisk sedimentär berg som nu består av metamorfoserad sandsten (kvartsit) med ett lager av metamorfaserad lera (skiffer) .

Metapelite är en metamorf sten som har en mudstone-protolit. Staurolitschist är en metapelit. Det finns en tvinnad staurolitporfyroblast i förgrunden. Tohmajärvi, Finland. Provets bredd 19 cm.

Skiffer är en metamorfaserad skiffer. Den har en spjälklyvning (tendens att bryta sig in i tunna stenar).

Glimmerskist är en metapelit – en metamorfoserad lerrik sediment sten. Röda kristaller är porfyroblaster av granat av almandin. Narvik, Norge. Provets bredd 14 cm.

En metamorfaserad lera som innehåller tydligt både ler- och kvartsrikt material. Provets bredd 14 cm.