Skały osadowe: powstawanie, rodzaje i właściwości

Podział skał osadowych według rodzajów osadów

Wśród rodzajów możliwych osadów rozróżnia się łącznie trzy główne grupy, które służą też do podziału skał osadowych: osady klastyczne, osady biogeniczne i osady chemiczne.

Jedna z możliwości podziału sedymentytów polega na rodzaju osadu, z którego powstały. Mogą to być: osady klastyczne (okruchy innych skał, także metamorfitów lub magmatytów, które zostały przetransportowane i osadzone warstwami jedna na drugiej), osady biogeniczne (zwykle wapniste wydzieliny organizmów lub także skamieniałości, takie jak wapienne szkielety małych glonów, opadające na dno morskie) i substancje chemiczne (osady wytrącone z przesyconych roztworów lub z wody, które następnie również się osadzają; przez odparowanie powstają tak zwane ewaporaty, przez wypłukanie wszystkich rozpuszczalnych składników skały powstają natomiast tak zwane skały resztkowe).

Osady klastyczne

Małe okruchy skalne, pozostały po wietrzeniu drobnoziarnisty materiał skalny oraz różne piaski są transportowane przez rzeki (osad rzeczny), lodowce (osad lodowcowy) lub wiatr (osad eoliczny) częściowo na duże odległości, a następnie gdzieś osadzane. Takie osady skalne nazywa się „osadami klastycznymi”.

Bardzo drobnoziarniste osady o wielkości ziaren poniżej 0,002 mm nazywa się przy tym cząstkami, większe określa się jako ziarna lub klasty. Szczególnie duże okruchy nazywają się otoczakami, jeśli mają zaokrąglone kształty, i fragmentami, jeśli nie wykazują żadnego zaokrąglenia. Otoczaki tworzą jako skała tak zwane zlepieńce, fragmenty natomiast tak zwane brekcje. Własne profile mają zlepieniec i brekcja. Według wielkości ziaren oddziela się ponadto iłowiec, mułowiec i piaskowiec.

Osady biogeniczne

Także organizmy (na przykład koralowce) wydzielają wapń, który następnie osadza się w morzu jako osad morski. Dochodzą do tego liczne wapniste szkielety małych zwierząt (na przykład niektórych mikroglonów i pierwotniaków), które po obumarciu zwierząt opadają na dno morskie. One także tworzą w ciągu tysiącleci miejscami potężne warstwy osadów. Ten rodzaj osadów nazywa się „osadami biogenicznymi”.

Osady chemiczne i ewaporaty

Osady chemiczne powstają, gdy określone składniki rozpuszczone w wodzie (na przykład wapń) wydzielają się z wody (są wytrącane) i osadzają. Może się to zdarzyć na przykład, gdy temperatura wody rośnie: przez mniejszą zdolność rozpuszczania wody wytrąca się w tym przypadku wapń. Odparowanie osadów tworzy wtedy tak zwane ewaporaty (na przykład anhydryt lub halit).

Skały resztkowe i facje

Także istniejąca skała może zostać „wypłukana” przez wodę. Gdy wszystkie składniki rozpuszczalne w wodzie zostaną rozpuszczone, pozostają tak zwane skały rezydualne (skały resztkowe). W węższym znaczeniu nie zalicza się ich do skał osadowych; własny profil mają skały resztkowe.

Osady o tych samych właściwościach (na przykład wielkość ziaren, minerały, także kolor) rozumie się jako należące do siebie facje osadowe. Środowisko osadzania, czy to rzeka, lodowiec, wiatr, jezioro, czy morze, kształtuje w ten sposób późniejsze właściwości skały.

Osady klastyczne i wielkości ziaren

Osady klastyczne składają się zawsze z resztek istniejącej skały, która wskutek wietrzenia lub mechanicznego rozdrobnienia rozpadła się na małe okruchy. Wielkości ziaren tych skał okruchowych mogą być różne. Rozróżnia się przy tym klasty lub ziarna o stosunkowo małej wielkości ziarna, maleńkie okruchy o wielkości poniżej 0,002 mm nazywa się natomiast „cząstkami”. Większe okruchy określa się jako „otoczaki” lub „fragmenty”, zależnie od tego, czy mają zaokrąglenia (otoczaki), czy nie (fragmenty).

Skałę osadową o przeważnie bardzo dużych ziarnach nazywa się „brekcją” (złożoną z fragmentów) lub „zlepieńcem” (złożonym z otoczaków). Wielkości ziaren odgrywają wtedy też rolę przy przyporządkowaniu do określonych skał. Drobnoziarniste osady luźne (wielkość ziarna 0,063 mm do 2 mm) nazywa się piaskiem, powstałą z nich skałę „piaskowcem”. Jeszcze drobniejsze osady luźne (wielkość ziarna 0,002 mm do 0,063 mm) nazywa się natomiast „mułem” lub „silt”, powstającą z nich skałę „mułowcem”. W iłowcu wielkości cząstek są jeszcze mniejsze (wielkość ziarna poniżej 0,002 mm).

W przypadku osadów klastycznych wielkość ziarna jest ponadto interesująca dla dalszego podziału: bardzo małe wielkości ziaren poniżej 0,002 mm nazywa się cząstkami. Nie powstają one z rozdrobnienia skały, lecz przeważnie przez przeobrażenie skaleni i łyszczyków w minerały ilaste lub są resztkami wietrzenia. Okruchy skalne o nieco większej wielkości ziarna nazywają się ziarnami lub klastami. Bardzo duże okruchy nazywa się albo fragmentami, albo otoczakami (jeśli mają zaokrąglone krawędzie). Muły (silty) to osady, w których składniki mineralne mają wielkość między 0,002 a 0,063 mm (jeszcze drobniejsze niż piasek drobny).

Z większych okruchów powstają w toku tworzenia skał albo brekcje (w przypadku fragmentów), albo zlepieńce (w przypadku otoczaków). Według starszego podziału skały o bardzo małych wielkościach ziaren nazywa się pelitami, o średnich wielkościach ziaren psammitami, a o dużych wielkościach ziaren psefitami. Dla klastycznych skał węglanowych obowiązuje ponadto podział według wielkości ziaren na lutyty (poniżej 2 µm), siltyty (2 µm do 0,063 mm), arenity (0,063 mm do 2 mm) i rudyty (powyżej 2 mm).

Osady biogeniczne

W przypadku osadów biogenicznych chodzi albo o wydzieliny żywych organizmów, które są mineralne (zawierające wapń lub fosforany), albo o pozostałości martwych organizmów (wapniste szkielety). Skała osadowa jest przy tym jedyną skałą, która może zawierać skamieniałości. Niemineralne pozostałości, takie jak resztki roślin, nie tworzą natomiast skały, lecz torf lub węgiel.

Osady chemiczne

Osady chemiczne powstają, gdy wskutek reakcji chemicznych substancje rozpuszczone zostają wydzielone z wody i osadzają się jako ziarna mineralne. Proces wydzielania zaczyna się zwykle zawsze wtedy, gdy woda jest przesycona (w przypadku wytrąceń węglanów także wtedy, gdy rośnie tylko temperatura wody). Albo wytrąca się wapń, albo przez odparowanie powstają tak zwane ewaporaty (vapor, łac. = para). Typowe ewaporaty to na przykład gips lub anhydryt, ale także halit czy sole potasowe.

Podział sedymentytów według sposobów osadzania

Sedymentyty można dzielić także według rodzaju transportu lub miejsca osadzenia: na rzeczne skały osadowe (osady zostały przetransportowane i osadzone przez rzeki, np. piasek, muł, ił lub żwir), lodowcowe skały osadowe (przetransportowane i osadzone przez lodowce), eoliczne skały osadowe (osady przetransportowane przez wiatr), morskie skały osadowe (osady zostały przetransportowane do morza lub na wybrzeża mórz płytkich i tam osadzone albo powstały w morzu), jeziorne skały osadowe (powstałe w jeziorach) i piroklastyczne skały osadowe (osadzone w związku z wulkanizmem).

Skały rezydualne

Tak zwane skały resztkowe lub skały rezydualne bywają wprawdzie częściowo zaliczane do skał osadowych w szerszym znaczeniu, nie są jednak skałami osadowymi we właściwym znaczeniu, ponieważ powstają na miejscu, bez transportu. Chodzi o pozostałe resztki skalne, gdy wszystkie rozpuszczalne składniki zostały już przez procesy chemiczne wypłukane ze skały i osadzone jako osady w innych miejscach.

Warstwowanie i skamieniałości

Skały osadowe są zwykle wyraźnie warstwowane, ponieważ materiał osadzał się w warstwach jedna na drugiej. Są jedyną grupą skał, która może zawierać skamieniałości. Według wielkości ziarna klasyfikuje się skały klastyczne: iłowiec poniżej 0,002 milimetra, mułowiec do 0,063, piaskowiec 0,063 do 2, zlepieniec i brekcja powyżej.

Bardzo różne kamienie naturalne

Grupa obejmuje kamienie twarde i miękkie, zwięzłe i chłonne. To, jak mocna jest skała osadowa, zależy od spoiwa i utwardzenia, ile wody wchłania, od jej porowatości. Dlatego nie ma jednolitych wartości charakterystycznych; pielęgnacja i czyszczenie zależą od konkretnej odmiany.

Po czym je poznać

Typowe są warstwowanie, widoczne ziarna lub okruchy, u niektórych odmian skamieniałości oraz struktury takie jak riplemarki i szczeliny z wysychania na powierzchniach warstw. Ziarna są scementowane, a nie zazębione ze sobą.

Odróżnienie od dwóch pozostałych grup głównych

Skały magmowe składają się z wzajemnie zrośniętych kryształów lub szkliwa i nie są warstwowane. Skały metamorficzne zostały przekrystalizowane pod wpływem ciśnienia i ciepła i są często łupkowate lub pasmowane; z piaskowca powstaje przy tym na przykład kwarcyt, z wapienia marmur. Wśród skał osadowych rozróżnia się osady klastyczne, biogeniczne i chemiczne.

Podsumowanie

Skały warstwowe powstają z warstwowo ułożonych osadów klastycznych, biogenicznych lub chemicznych, które w toku procesu tworzenia skał (diagenezy) przez rosnące ciśnienia przeobrażają się w skałę zwięzłą. Znane przykłady to na przykład piaskowiec lub wapień.

Z różnych rodzajów osadów natura w ciągu tysiącleci wytwarza na nowo skałę, przy czym często stara, zwietrzała lub rozdrobniona skała łączy się znów w nowe, większe warstwy skalne (obieg skał). Jako duża grupa główna skał skały osadowe odgrywają ważną rolę w wielu dziedzinach, zarówno w budownictwie, jak i jako złoża paliw kopalnych, takich jak ropa naftowa, gaz ziemny i węgiel.

Osady (sedymenty) mogą powstawać na bardzo różne sposoby, drogą chemiczną lub biologiczną albo po prostu z rozdrobnionej lub zwietrzałej skały. W ciągu tysiącleci osady te zestalają się i stają się znów twardą skałą, na przykład szarogłazami, wapieniem lub piaskowcem.