Rock Provenance efter petrologiske metoder

Før eller senere nedbrydes næsten hver klippe på Jorden i sediment, og sedimentet føres derefter bort et andet sted af tyngdekraft, vand, vind eller is. Vi ser dette ske hver dag i landet omkring os og klippecyklus etiketter, der sæt af begivenheder og processer erosion.

Vi skulle være i stand til at se på et bestemt sediment og fortælle noget om klipperne, det kom fra. Hvis du tænker på en klippe som et dokument, er sediment det dokument makuleret. Selv hvis et dokument for eksempel er makuleret ned til individuelle breve, kunne vi studere bogstaverne og fortælle temmelig let, hvilket sprog det blev skrevet på. Hvis der blev bevaret nogle hele ord, kunne vi antage et godt gæt om dokumentets emne, dets ordforråd, endog dets alder. Og hvis en eller to sætninger undgik fragmentering, matcher vi måske endda den bog eller papir, den kom fra.

Denne form for forskning på sedimenter kaldes proveniensundersøgelser. I geologi betyder oprindelse (rim med "forsyn"), hvor sedimenterne kom fra, og hvordan de kom, hvor de er i dag. Det betyder, at vi arbejder bagud eller opstrøms fra sedimentkornene, som vi har (strimlerne) for at få en idé om klippen eller klipperne, de plejede at være (dokumenterne). Det er en meget geologisk tankegang, og herkomstundersøgelser har eksploderet i de sidste par årtier.

Provenance er et emne, der er begrænset til sedimentære klipper: sandsten og konglomerat. Der er måder at gøre karakteriserer protolitterne af metamorfe klipper og kilderne til stødende klipper som granit eller basalt, men de er vage i sammenligning.

Den første ting at vide, når du resonerer din vej opstrøms, er, at transport af sediment ændrer det. Transportprocessen bryder sten i stadig mindre partikler fra sten til lerstørrelseved fysisk slid. Og på samme tid ændres de fleste mineraler i sedimentet kemisk og forlader bare et par modstandsdygtige. Lang transport i vandløb kan også sortere mineraler i sediment efter deres tæthed, så lette mineraler som kvarts og feltspat kan bevæge sig foran tunge miner som magnetit og zirkon.

For det andet, når sedimentet ankommer til et hvilested - et sedimentært bassin - og forvandles til sedimentært klippe igen, kan nye mineraler dannes i det ved diagenetiske processer.

Hvis du foretager herkomstundersøgelser, kræves det, at du ignorerer nogle ting og visualiserer andre ting, der tidligere var til stede. Det er ikke ligetil, men vi bliver bedre med erfaring og nye værktøjer. Denne artikel fokuserer på petrologiske teknikker, der er baseret på enkle observationer af mineraler under mikroskopet. Dette er den slags ting, geologi studerende lærer på deres første laboratoriekurser. Den anden hovedvej i proveniensundersøgelser bruger kemiske teknikker, og mange studier kombinerer begge.

De store sten (fenoklaster) i konglomerater er som fossiler, men i stedet for at være eksempler på gamle levende ting er de eksempler på gamle landskaber. Ligesom stenblokke i et flodbund repræsenterer bakkerne opstrøms og op ad bakke, vidner konglomeratskrængninger generelt om det nærliggende landskab, ikke mere end et par titusinder væk.

Det er ikke overraskende, at flodgravler indeholder bit af bakkerne omkring dem. Men det kan være interessant at finde ud af, at klipperne i et konglomerat er de eneste ting, der er tilbage fra bakker, der forsvandt for millioner af år siden. Og denne form for kendsgerning kan være særlig meningsfuld på steder, hvor landskabet er blevet omarrangeret af forkert. Når to vidt adskilte udbrud af konglomerater har den samme blanding af klynger, er det stærke bevis for, at de engang var meget tæt på hinanden.

En populær tilgang til analyse af velbevarede sandsten, der blev banebrydende omkring 1980, er at sortere de forskellige slags korn i tre klasser og plot dem efter deres procentdel på en trekantet graf, en ternær diagram. Det ene punkt i trekanten er for 100% kvarts, det andet er for 100% feldspat, og det tredje er for 100% litik: stenfragmenter, der ikke er fuldstændigt nedbrudt i isolerede mineraler. (Alt, der ikke er en af ​​disse tre, typisk en lille brøkdel, ignoreres.)

Det viser sig, at klipper fra visse tektoniske omgivelser fremstiller sedimenter - og sandsten - der tegner sted på nogenlunde sammenhængende steder på det QFL-ternære diagram. For eksempel er klipper fra det indre af kontinenter rige på kvarts og har næsten ingen litikker. Klipper fra vulkanbuer har lidt kvarts. Og klipper, der stammer fra bjergkædernes genanvendte klipper, har lidt feltspat.

Når det er nødvendigt, kan kerner af kvarts, der faktisk er litik - bits af kvartsit eller chert snarere end bits af enkelt kvartsskrystaller - flyttes over til kategorien litik. Denne klassificering bruger et QmFLt-diagram (monokrystallinsk kvarts-feltspat – total litik). Disse fungerer temmelig godt til at fortælle, hvilken slags pladetektonisk land gav sandet i en given sandsten.

Foruden deres tre vigtigste ingredienser (kvarts, feldspat og litik) har sandsten et par mindre ingredienser eller tilbehørsmineraler, der stammer fra deres kildebergarter. Bortset fra glimmermineral muscovite er de relativt tætte, så de kaldes normalt tunge mineraler. Deres tæthed gør dem nemme at adskille fra resten af ​​en sandsten. Disse kan være informative.

For eksempel er et stort område med stødende klipper egnet til at give korn af hårde primære mineraler som augit, ilmenit eller kromit. Metamorfe terraner tilføjer ting som granat, rutil og staurolit. Andre tunge mineraler som magnetit, titanit og tourmaline kunne komme fra begge.

zircon er usædvanlig blandt de tunge mineraler. Det er så hårdt og inert, at det kan holde i milliarder af år, og genanvendes igen og igen som mønterne i lommen. Den store persistens af disse detritale zirkoner har ført til et meget aktivt felt af proveniensundersøgelser der starter med at adskille hundreder af mikroskopiske zirkonkorn og derefter bestemme alderen for hver enkelt ved brug af isotopiske metoder. De individuelle aldre er ikke så vigtige som blandingen af ​​aldre. Hvert stort stenlegeme har sin egen blanding af zirkonalder, og blandingen kan genkendes i sedimenterne, der eroderer fra det.

Detrital-zirkon proveniensundersøgelser er kraftfulde og så populære i dag, at de ofte forkortes som "DZ". Men de er afhængige af dyre laboratorier og udstyr og klargøring, så de bruges hovedsageligt til højtydende forskning. De ældre måder at sile, sortere og tælle mineralkorn er stadig nyttige.