Gesteinsprovenienz durch petrologische Methoden

Früher oder später wird fast jeder Stein auf der Erde in Sedimente zerlegt, und das Sediment wird dann durch Schwerkraft, Wasser, Wind oder Eis an einen anderen Ort transportiert. Wir sehen dies jeden Tag in dem Land um uns herum Gesteinskreislauf Beschriftungen, die Ereignisse und Prozesse festlegen Erosion.

Wir sollten in der Lage sein, ein bestimmtes Sediment zu betrachten und etwas über die Felsen zu erzählen, aus denen es stammt. Wenn Sie sich einen Stein als Dokument vorstellen, ist Sediment das zerkleinerte Dokument. Selbst wenn ein Dokument beispielsweise in einzelne Buchstaben zerlegt wird, können wir die Buchstaben studieren und ganz einfach feststellen, in welcher Sprache es geschrieben wurde. Wenn einige ganze Wörter erhalten bleiben würden, könnten wir das Thema des Dokuments, seinen Wortschatz und sogar sein Alter gut erraten. Und wenn ein oder zwei Sätze der Vernichtung entgangen sind, können wir sie sogar dem Buch oder Papier zuordnen, aus dem sie stammen.

Diese Art der Sedimentforschung nennt man Provenienzstudien. In der Geologie bedeutet Herkunft (Reime mit "Vorsehung"), woher die Sedimente kamen und wie sie dahin kamen, wo sie heute sind. Es bedeutet, rückwärts oder stromaufwärts von den Sedimentkörnern zu arbeiten, die wir haben (die Fetzen), um eine Vorstellung von dem Gestein oder den Steinen zu bekommen, die sie früher waren (die Dokumente). Es ist eine sehr geologische Denkweise, und Provenienzstudien sind in den letzten Jahrzehnten explodiert.

Provenienz ist ein Thema, das sich auf Sedimentgesteine ​​beschränkt: Sandstein und Konglomerat. Es gibt Möglichkeiten von Charakterisierung der Protolithen metamorpher Gesteine und die Quellen magmatischer Gesteine ​​mögen Granit oder Basalt, aber sie sind im Vergleich vage.

Das erste, was Sie wissen müssen, wenn Sie Ihren Weg flussaufwärts begründen, ist, dass der Transport von Sedimenten ihn verändert. Der Transportprozess zerlegt Gesteine ​​in immer kleinere Partikel vom Felsbrocken bis zur Tongrößedurch physischen Abrieb. Gleichzeitig werden die meisten Mineralien im Sediment chemisch verändert und verbleiben nur ein paar widerstandsfähige. Außerdem kann ein langer Transport in Strömen die Mineralien im Sediment nach ihrer Dichte sortieren, so dass leichte Mineralien wie Quarz und Feldspat schweren Mineralien wie Magnetit und Zirkon vorausgehen können.

Zweitens können sich neue Mineralien darin bilden, sobald das Sediment an einem Ruheplatz - einem Sedimentbecken - ankommt und sich wieder in Sedimentgestein verwandelt diagenetische Prozesse.

Wenn Sie Provenienzstudien durchführen, müssen Sie einige Dinge ignorieren und andere Dinge visualisieren, die früher vorhanden waren. Es ist nicht einfach, aber wir werden mit Erfahrung und neuen Tools besser. Dieser Artikel konzentriert sich auf petrologische Techniken, die auf einfachen Beobachtungen von Mineralien unter dem Mikroskop basieren. So etwas lernen Geologiestudenten in ihren ersten Laborkursen. Der andere Hauptweg der Provenienzstudien verwendet chemische Techniken, und viele Studien kombinieren beide.

Die großen Steine ​​(Phenoklasten) in Konglomerate sind wie Fossilien, aber anstatt Exemplare antiker Lebewesen zu sein, sind sie Exemplare antiker Landschaften. So wie die Felsbrocken in einem Flussbett die Hügel stromaufwärts und bergauf darstellen, zeugen Konglomeratklasten im Allgemeinen von der nahe gelegenen Landschaft, die nicht mehr als einige zehn Kilometer entfernt ist.

Es ist keine Überraschung, dass Flusskies Teile der Hügel um sie herum enthält. Aber es kann interessant sein herauszufinden, dass die Felsen in einem Konglomerat die einzigen Dinge sind, die von Hügeln übrig geblieben sind, die vor Millionen von Jahren verschwunden sind. Und diese Art von Tatsache kann besonders an Orten von Bedeutung sein, an denen die Landschaft durch Fehler neu geordnet wurde. Wenn zwei weit voneinander entfernte Aufschlüsse von Konglomeraten dieselbe Mischung von Klasten aufweisen, ist dies ein starker Beweis dafür, dass sie einst sehr nahe beieinander lagen.

Ein beliebter Ansatz zur Analyse gut erhaltener Sandsteine, der um 1980 entwickelt wurde, ist die Sortierung der verschiedenen Arten von Körnern in drei Klassen und zeichnen sie durch ihre Prozentsätze auf einem dreieckigen Diagramm, einem ternären Diagramm. Ein Punkt des Dreiecks ist für 100% Quarz, der zweite für 100% Feldspat und der dritte für 100% Lithics: Gesteinsfragmente, die nicht vollständig in isolierte Mineralien zerlegt wurden. (Alles, was nicht zu diesen drei gehört, normalerweise ein kleiner Bruchteil, wird ignoriert.)

Es stellt sich heraus, dass Gesteine ​​aus bestimmten tektonischen Umgebungen Sedimente - und Sandsteine ​​- bilden, die an ziemlich konsistenten Stellen in diesem ternären QFL-Diagramm dargestellt werden. Zum Beispiel sind Gesteine ​​aus dem Inneren von Kontinenten reich an Quarz und haben fast keine Lithiken. Felsen aus Vulkanbögen haben wenig Quarz. Und Gesteine, die aus den recycelten Gesteinen von Gebirgszügen stammen, haben wenig Feldspat.

Bei Bedarf können Quarzkörner, bei denen es sich tatsächlich um Lithiken handelt - Quarzit- oder Chert-Teile anstelle von Einzelquarzkristallen - in die Kategorie Lithiken verschoben werden. Diese Klassifizierung verwendet ein QmFLt-Diagramm (monokristalline Quarz-Feldspat-Gesamtlithik). Diese zeigen ziemlich gut, welche Art von plattentektonischem Land den Sand in einem bestimmten Sandstein hervorgebracht hat.

Neben den drei Hauptbestandteilen (Quarz, Feldspat und Lithiken) enthalten Sandsteine ​​einige Nebenbestandteile oder zusätzliche Mineralien, die aus ihren Ausgangsgesteinen stammen. Mit Ausnahme des Glimmerminerals Muskovit sind sie relativ dicht, daher werden sie normalerweise als schwere Mineralien bezeichnet. Ihre Dichte macht es leicht, sie vom Rest eines Sandsteins zu trennen. Diese können informativ sein.

Beispielsweise kann eine große Fläche magmatischer Gesteine ​​Körner harter Primärmineralien wie Augit, Ilmenit oder Chromit ergeben. Metamorphe Terrane fügen Dinge wie Granat, Rutil und Staurolith hinzu. Andere schwere Mineralien wie Magnetit, Titanit und Turmalin könnten von beiden stammen.

Zirkon ist außergewöhnlich unter den schweren Mineralien. Es ist so zäh und träge, dass es Milliarden von Jahren andauern kann und wie die Münzen in Ihrer Tasche immer wieder recycelt wird. Die große Persistenz dieser detritalen Zirkone hat zu einem sehr aktiven Feld der Provenienzforschung geführt Das beginnt damit, Hunderte von mikroskopisch kleinen Zirkonkörnern zu trennen und dann das Alter jedes einzelnen zu bestimmen mit Isotopenmethoden. Das individuelle Alter ist nicht so wichtig wie die Mischung der Altersgruppen. Jeder große Felskörper hat seine eigene Mischung aus Zirkonalter, und die Mischung ist an den Sedimenten zu erkennen, die von ihm abtragen.

Detrital-Zirkon-Provenienzstudien sind leistungsstark und heutzutage so beliebt, dass sie oft als abgekürzt werden "DZ." Sie sind jedoch auf teure Labore, Geräte und Vorbereitungen angewiesen, sodass sie hauptsächlich für hohe Gewinne eingesetzt werden Forschung. Die älteren Methoden zum Sieben, Sortieren und Zählen von Mineralkörnern sind immer noch nützlich.