BERGARTER OCH
BERGARTSBILDNING
Åke Johansson
Naturhistoriska riksmuseet
Ett bildspel från
Föreningen för Geologins Dag.
Mineral och bergarter
Mineral är naturligt förekommande kemiska föreningar (eller enskilda
grundämnen). Varje mineral har en bestämd kemisk sammansättning
och en bestämd kristallstruktur, vilken kan avspegla sig i den yttre
formen hos mineralkristallerna.
Muskovit
(ljus glimmer)
Kopparkis
Kali-fältspat
Kvarts
Blyglans
Amfibol
Mineral och bergarter
Får mineralkornen växa fritt i en spricka eller hålrum i berget kan det
bildas stora och välformade mineralkristaller. Det vanliga i en bergart är
dock att kristallerna växt samman till en tät massa, där den yttre kristallformen bara delvis eller inte alls kan urskiljas.
Välformade och klara kvartskristaller (bergkristaller)
som växt fritt i ett hålrum
eller en spricka i berget
Massiv kvarts från kvartsgång eller kvartskörtel
Mineral och bergarter
Det finns ca 5 000 kända mineral, men endast en handfull av dessa
bygger upp de flesta av våra bergarter. Sådana bergartsbildande
mineral är kvarts, fältspat (kali-fältspat och plagioklas), ljus och mörk
glimmer (även kallad muskovit respektive biotit), hornblände och
andra amfiboler, pyroxener, olivin och granat.
Kalksten och marmor består huvudsakligen av mineralet kalcit, även
kallat kalkspat. Järnmalm kan bestå av hematit eller magnetit, sulfidmalm av pyrit (svavelkis), kopparkis, blyglans och zinkblände. Dessa
är viktiga malmmineral från vilka vi utvinner metaller.
Mikroskopfoto av en
granitisk bergart (0,03 mm
tjockt tunnslip i genomfallande ljus) där man ser
de olika mineralkorn som
bygger upp bergarten:
kvarts, kali-fältspat, biotit
(mörk glimmer), amfibol
(hornblände) och mindre
mängder titanit.
Mineral och bergarter
Bergarter är normalt blandningar av olika mineral. De olikfärgade
kornen i t.ex. en granit är således olika mineral: ljus kvarts och
plagioklas, mörk biotit och hornblände, kanske rödaktig kali-fältspat.
Mineral och bergarter
Kvarts består kemiskt sett av kiseldioxid med formel SiO2. Många andra
mineral är också silikater, dvs föreningar mellan kisel, syre, och andra
grundämnen, och har ofta rätt komplicerad kemisk sammansättning.
De flesta bergarter och bergartsbildande mineral domineras dock av en
handfull grundämnen, förutom kisel och syre är det aluminium, natrium,
kalium, kalcium, magnesium och järn.
Indelning av bergarter
Bergarterna indelas efter bildningssätt i tre huvudgrupper:
- Sedimentära bergarter
- Magmatiska bergarter
- Metamorfa (omvandlade) bergarter
Indelning av bergarter
Gränserna mellan de olika bergartsgrupperna, eller mellan olika
enskilda bergarter, är dock inte knivskarpa, eftersom en bergart kan
övergå i en annan utan skarp gräns. Dessutom finns det olika sätt att
indela bergarter: efter mineralinnehåll, kemisk sammansättning,
bildningssätt…. En och samma bergart kan således få olika namn, utan
att något behöver vara fel, beroende på vilken aspekt man tar fasta
på.
Bergartscykeln
Bergarterna hänger samman i ett storskaligt kretslopp – bergartscykeln – i vilket olika bergarter övergår i varandra genom olika
geologiska processer, såsom erosion, transport och sedimentation,
nedsänkning och begravning, deformation och metamorfos, eller
uppsmältning, intrusion och kristallisation.
Bergartscykeln
Bergartscykeln hänger både samman med jordens inre kretslopp de plattektoniska processerna som drivs av radioaktivt alstrad
värme i jordens inre – och processer vid jordytan, i haven och i
atmosfären vilka till stor del drivs av solens energi.
Sedimentära bergarter
Sedimentära bergarter består av lösa sediment – sand, lera, kalkslam och skalrester – som samlats i lager, oftast på havsbottnen
(eller längs en flod, ett delta, längs en strand eller i en ökenmiljö),
vilka sedan begravts och kittats samman och hårdnat till en bergart.
Har ofta en skiktad eller lagrad struktur, kan ibland innehålla fossil.
Lager av sandsten
och lerskiffer som
tillhör den s.k.
Visingsögruppen
vid Vättern. Dessa
bergarter är från
slutet av prekambrium (ca 600 – 800
miljoner år gamla),
och innehåller
endast fossil av
mikroorganismer.
Foto: Åke Johansson
Sedimentära bergarter
Strukturer i sedimentära bergarter kan ge en uppfattning om vilken
miljö sedimenten avsattes i. Exempelvis tyder de ytterst välbevarade
torksprickorna och böljeslagsmärkena (likt moderna böljeslagsmärken efter vågor på en sandstrand) i den cirka 1 500 miljoner år
gamla Dalasandstenen i västra Dalarna på att denna avsatts i mycket
grunt vatten längs en havs-, sjö-, eller flodstrand.
Dalasandsten
med torksprickor
och böljeslagsmärken, Mångsbodarna, Dalarna.
Foto: Thomas
Lundqvist.
Sedimentära bergarter
Yngre sedimentära bergarter, i synnerhet kalkstenar, från Fanerozoikum (de senaste 540 miljoner åren, från kambrium och framåt),
kan innehålla rikligt med fossil som berättar om djurlivets utveckling. Stenkolslager avsatta i en träskmiljö, liksom en del andra
sedimentbergarter avsatta på land, kan vara rika på växtfossil.
Silurisk kalksten från Gotland, ca 420
miljoner år gammal, fylld med fossil från
olika havslevande djur.
Fossila ormbunksväxter från Jura-perioden
(ca 170 miljoner år gamla), Eriksdal, Skåne.
Foto: Johannes Bouchal
Foto: Steve McLoughlin
Exempel på olika sedimentära bergarter
Kalksten
Konglomerat
Lerskiffer
Sandsten
Magmatiska bergarter
Magmatiska bergarter bildas genom kristallisation från en het bergartssmälta – magma – som trängt upp från jordskorpans undre delar
eller den underliggande manteln. Beroende på var kristallisationen
sker kan de delas in i tre undergrupper: intrusiva djupbergarter,
gångbergarter, och vulkaniska ytbergarter.
Jordklotet i genomskärning.
Jordskorpan, som kan uppdelas
i kontinentskorpa och oceanskorpa, bildar ett tunt yttre
skal. Den underliggande
manteln är halvfast men
plastisk, och kan lokalt smälta
upp och bilda magma. Kärnan
består av järn och nickel, den
yttre delen är flytande, den inre
fast pga det höga trycket.
Magmatiska bergarter
De flesta magmor bildas längs skarvarna mellan jordskorpans plattor,
längs riftzoner och mittoceana ryggar, där två plattor glider isär, eller
ovanför subduktionszoner där en platta glider ner under en annan.
Här sker huvuddelen av jordens vulkanism och magmatism. Ibland
förekommer dock isolerade ”hotspots” mitt inne i en platta, exempelvis Hawaii eller Yellowstone.
Magmatiska bergarter
Magmatiska djupbergarter (intrusivbergarter) kristalliserar
långsamt från en het magma många kilometer ner i jordskorpan. De enskilda mineralkristallerna hinner växa till sig och
syns som mm- till cm-stora olikfärgade korn. En magmatisk
djupbergart har därför ett medel- eller grovkornigt spräckligt
utseende; färgen kan variera från grönsvart via gråspräcklig till
rödaktig.
Rätangranit,
Härjedalen,
ca 1700 milj.
år gammal.
Foto: Thomas
Lundqvist
Magmatiska bergarter
Exempel på magmatiska djupbergarter är gabbro, syenit, tonalit,
granodiorit och granit. Att vi idag kan se sådana bergarter vid
jordytan beror på att allt ovanliggande berg eroderats bort.
Gabbro
Syenit
Granodiorit
Granit
Magmatiska bergarter
Magmatiska gångbergarter bildas när magman tränger upp och
kristalliserar som gångar längs sprickor i berggrunden, ofta högre
upp i jordskorpan. En del gångar kan ha varit tillförselkanaler till
vulkaner. Exempel på gångbergarter är diabas och pegmatit.
Tunn diabasgång i gnejsgranit,
Blekinge, ca 960 milj. år gammal.
Foto: Åke Johansson
Pegmatitgång i Stockholmsgranit,
Frescati, Stockholm, ca 1800 milj.
år gammal. Foto: Åke Johansson
Magmatiska bergarter
De flesta gångbergarter kristalliserar rätt snabbt och blir då
finkornigare än motsvarande djupbergart. Diabas har samma
sammansättning som gabbro, men är normalt mer finkornig.
Pegmatit-gångar, vilka bildas ur de sista resterna av en granitmagma, är dock mycket grovkorniga, vilket har med den höga
vattenhalten i restmagman att göra.
Diabas
Pegmatit
Magmatiska bergarter
Vulkaniska ytbergarter (extrusiva bergarter) bildas när magman
rinner ut på jordytan som lava vid ett vulkanutbrott. En del sådana
bergarter är också bildade från vulkanaska (vilken består av mycket
små lavafragment som slungats upp i luften vid explosiva utbrott)
vilken hårdnat till fast bergart, såsom tuff eller ignimbrit.
Färsk basaltlava,
Kilauea, Hawaii.
Foto: Åke Johansson
Magmatiska bergarter
Vulkaniska ytbergarter stelnar mycket snabbt, och blir mycket finkorniga
eller täta; oftast syns inga kristaller för blotta ögat utan endast en jämngrå massa. Ibland innehåller de dock tidigare kristalliserade större strökorn av olika mineral i en tät mellanmassa; porfyr är en sådan bergart.
Unga vulkaniska bergarter är ibland porösa och fulla av hålrum efter
gasblåsor. Andra är täta och glasiga, utan någon kristallstruktur alls.
Obsidian är vulkaniskt glas.
Porös basaltlava med gasblåsor
Andesit
Vulkanisk tuff (från aska)
Ryolit med obsidian (svart)
Porfyr
Ignimbrit
Magmatiska bergarter
Beroende på halten av kiseldioxid indelas magmatiska bergarter i
ultrabasiska (< 45 vikts% SiO2), basiska (45 – 52 vikts% SiO2),
intermediära (52 – 65 vikts% SiO2), och sura (> 65 vikts% SiO2).
Tabellen nedan visar en enkel uppdelning av de magmatiska
bergarterna i basiska, intermediära och sura yt-, gång- och
djupbergarter.
Basisk
Intermediär
Sur
Ytbergart
Basalt
Andesit
Dacit, Ryolit
Gångbergart
Diabas
Djupbergart
Gabbro
Pegmatit, Aplit
Diorit, Tonalit,
Granodiorit, Granit
Monzonit, Syenit
Magmatiska bergarter
En lite mer sofistikerad klassificering tar även hänsyn till halten
natrium + kalium i bergarterna (se diagrammet nedan).
ULTRABASISK BASISK
INTERMEDIÄR
SUR
I ett s.k. TAS-diagram (Total
Alkali Silica) plottas halten
Na2O + K2O (Total alkalis)
mot SiO2 (Silica) från kemanalys av olik bergartsprov.
Bergarten klassificeras
sedan utifrån vilket fält den
faller i. Bergartsnamn
skrivna med STORA bokstäver är djupbergarter, de
med små bokstäver motsvarande vulkaniska ytbergarter.
Magmatiska bergarter
Ultrabasiska bergarter innehåller mest mörka järn- och magnesiumrika mineral som olivin, pyroxen och kanske amfibol (hornblände)
och är mörka till färgen, ibland med en grönaktig färgton. Vittrade
ytor kan dock ha rödbrun färg. De är ovanliga i jordskorpan men
dominerar i den underliggande manteln.
Den ultrabasiska bergarten peridotit utgör en
dominerande beståndsdel i jordens mantel, och
består av mineralen
olivin och pyroxen.
Magmatiska bergarter
Basiska bergarter innehåller förutom mörka mineral som olivin,
pyroxen och amfibol ofta även ljus plagioklas (Na-Ca-fältspat), men är
ändå dominerande mörka till färgen, ibland spräckliga.
Basiska magmor bildas genom uppsmältning av manteln. Basisk
magmatism och vulkanism dominerar längs de mittoceana ryggarna,
och basiska bergarter utgör därför en dominerande beståndsdel i
oceanskorpan, men förekommer även lokalt i kontinenternas berggrund i form av gabbro-massiv, svärmar av diabas-gångar, eller vidsträckta områden med basalt-lavor, s.k. platå-basalter, ofta bildade i
samband med uppsprickning av en kontinent.
Gabbro
Diabas
Basalt
Magmatiska bergarter
Intermediära bergarter innehåller en blandning av ljusa och mörka
mineral, och de grövre djupbergarterna har därför ett grå- eller rödspräckligt utseende, medan finkorniga ytbergarter är jämngrå.
Intermediära magmor bildas huvudsakligen ovanför subduktionszoner där en oceanskorpeplatta pressas ner i manteln. Detta sker i
vulkaniska öbågar som de vid Japan och Indonesien, eller direkt vid
en kontinents kant, som utefter Sydamerikas västkust, där Anderna
givit namn åt den intermediära vulkaniska bergarten andesit. Dessa
magmor består ofta av en blandning av mantelmaterial och nedsmält
äldre jordskorpa.
Den kontinentala jordskorpan domineras av intermediära och sura
bergarter, och har i genomsnitt en intermediär sammansättning.
Syenit
Andesit
Magmatiska bergarter
Sura bergarter domineras av ljusa mineral som kvarts, fältspater, och
ibland muskovit (ljus glimmer), men innehåller även mörka mineral
som biotit (mörk glimmer) och ibland hornblände. Bergarter som
granit är därför ljust gråspräckliga eller rödspräckliga, det senare om
de innehåller mycket rödfärgad kali-fältspat.
Sura (kiselrika) magmor förekommer längs subduktionszoner, men
även inne i annars stabila kontinentplattor, och längs kollisionszoner
mellan kontinenter där jordskorpan förtjockas, bergskedjor bildas,
och de undre delarna av jordskorpan börjar smälta upp och bilda
granitiska magmor. Ofta är magmornas ursprung omdiskuterat,
mantel eller äldre jordskorpa. Sura (granitiska) bergarter utgör en
viktig beståndsdel i kontinenternas berggrund.
Granit
Pegmatit
Porfyr
Metamorfa bergarter
Metamorfos betyder omvandling. Metamorfa bergarter bildas
genom omvandling av sedimentära eller magmatiska bergarter vid
högt tryck och hög temperatur djupt nere i jordskorpan, oftast i
samband med bergskedjeveckning. Ofta har de en skiffrig eller
bandad och ådrig gnejs-struktur. Att vi kan se dem vid jordytan idag
beror på att allt ovanliggande berg eroderats bort.
Ådergnejs (i förgrunden), på
Härnön i Ångermanland. De
ljusa ådrorna
består av kvarts
och fältspat som
smält upp under
metamorfosen
och sedan stelnat igen.
Foto: Thomas
Lundqvist
Metamorfa bergarter
Vid metamorfosen kristalliserar mineralen i bergarten om, samtidigt som det genom kemiska reaktioner kan bildas nya metamorfa
mineral, t.ex. granat. Genom tryck och rörelser i berggrunden får
bergarten också en skiffrig eller gnejsig struktur, och ofta bildas veck
i berggrunden när denna pressas ihop. Dessa kan variera i storlek
från centimeter och decimeter (synliga i en häll) till flera kilometer
(synliga i kartskala).
Veckad ådergnejs,
sydöstra Finland.
Foto: Åke Johansson
Granatförande amfibolit.
Granaterna är de rödbruna
kristallerna.
Metamorfa bergarter
Bergarter bildade i samband med kontinentkollisioner och bergskedjeveckning kallas regionalmetamorfa, eftersom de omfattar stora
områden i berggrunden. Dessutom finns det kontaktmetamorfa
bergarter, bildade i den heta kontaktzonen runt en magmatisk
intrusivbergart, och dynamometamorfa bergarter, bildade genom
rörelser i berggrunden längsmed förkastningar och överskjutningszoner.
Starkt förskiffrade
bergarter i fjällkedjan nära Akkajaure i Norrbottens
län (norra Lappland).
Foto: Åke Johansson
Metamorfa bergarter
Regionalmetamorfa bergarter bildas genom rörelser, högt tryck och
värme i de undre delarna av en bergskedja. Är värmen tillräckligt hög
kan det leda till uppsmältning och bildning av graniter och därmed
besläktade magmatiska bergarter på djupet. En stor del av berggrunden i Sverige består av sådana metamorfa och magmatiska bergarter,
bildade i rötterna till sedan länge borteroderade höga bergskedjor.
Profil genom en tänkt
bergskedja, bildad genom
hopveckning och förtjockning av jordskorpan.
Bergskedjan domineras
av metamorfoserade,
deformerade och veckade
bergarter. På djupet kan
även finnas magmatiska
bergarter såsom granit,
bildad genom uppsmältning av berggrunden vid
temperaturer över 700 °C
Metamorfa bergarter
Kontaktmetamorfa bergarter utmärks främst av hög temperatur vid
bildandet, men lågt tryck och lite rörelser, och kan därför ha en
massformig struktur. Dynamometamorfa bergarter utmärks främst
av tryck och rörelser, och kan vara starkt nedkrossade och förskiffrade. Regionalmetamorfa bergarter har varit utsatta både för högt
tryck och hög temperatur.
Gnejs är en samlingsterm för
olika sorters kraftigt omvandlade regionalmetamorfa bergarter med gnejsig struktur.
Ursprunget kan vara magmatiskt (orthognejs) eller sedimentärt (paragnejs), men är
ofta svårt att avgöra säkert. En
stor del av den svenska berggrunden består av olika sorters
gnejser.
Metamorfa bergarter
Olika mineral är stabila vid olika tryck och temperaturer. Genom att
undersöka vilka mineral en metamorf bergart innehåller, och även
analysera deras kemiska sammansättning, kan man bestämma vilket
tryck och vilken temperatur den varit utsatt för. Man talar i detta
sammanhang om olika metamorfa facies med olika karaktäristiska
mineral, exempelvis grönskifferfacies, amfibolitfacies, granulitfacies
och eklogitfacies.
Tryck-temperaturdiagram som visar
olika metamorfa
facies. Trycket ökar
neråt i diagrammet,
temperaturen ökar
mot höger.
Metamorfa bergarter
Namngivningen av metamorfa bergarter är komplex, eftersom den
både kan ta hänsyn till ursprungsbergartens karaktär och till bergartens nuvarande utseende och metamorfosgrad. Därtill kommer en
del namn av historisk och lokal karaktär, ex. leptit och hälleflinta för
sura metamorfa vulkaniter i Bergslagen. Slutresultatet vid metamorfosen är ofta någon form av gnejs, och begrepp som skiffer och gnejs
är en sorts ”slasktermer” som kan innefatta bergarter av vitt skilda
ursprung. Nedan följer en tabell där några namn på metamorfa
bergarter samlats, utifrån ursprungsbergart och metamorfosgrad.
Ursprungsbergart
Låg metamorfos
Medelhög met.
Hög metamorfos
Sandsten
Kvartsit
Kvartsit
Kvartsit
Kalksten
Marmor
Marmor
Marmor
Lerskiffer
Fyllit
Glimmerskiffer
Ådergnejs
Sur vulkanit
Hälleflinta
Leptit
Leptitgnejs
Granit
Gnejsgranit
Gnejsgranit
Granitgnejs
Basalt
Grönskiffer
Amfibolit
Eklogit
Gabbro
Grönsten
Amfibolit
Eklogit
Exempel på metamorfa bergarter…
…av sedimentärt ursprung
Fyllit: svagt omvandlad lerskiffer
Glimmerskiffer: kraftigare
omvandlad lerskiffer
Kvartsit: metamorf sandsten
Marmor: metamorf kalksten
Ådergnejs, även kallad migmatit.
Kan bildas från olika bergarter, oftast
sedimentära såsom lerskiffer eller
gråvacka, när temperaturen är tillräckligt hög (ca. 700 °C) för att
bergarten delvis skall ha börjat
smälta upp. De ljusa ådrorna är uppsmält och sedan stelnat material.
Exempel på metamorfa bergarter…
…av magmatiskt ursprung
Leptit: mer omvandlad sur vulkanit
Hälleflinta: måttligt omvandlad sur vulkanit
Grönsten: måttligt omvandlad basisk bergart
Amfibolit: kraftigare omvandlad basisk
bergart (gabbro, diabas eller basalt).
Stängligt utseende pga det höga innehållet av mineralet amfibol.
Exempel på metamorfa bergarter…
…av magmatiskt ursprung
Granulit: högmetamorf bergart bildad i
jordskorpans undre delar. Innehåller bl.a.
mineralet pyroxen.
Gnejsgranit (orthognejs):
omvandlad och deformerad
granit. Liknar granit men har
en gnejsig eller stänglig
struktur.
Eklogit: bergart bildad vid mycket
högt tryck, kanske i en subduktionszon, från basiska bergarter. Består
av pyroxen (grön) och granat (röd).
Mer om bergarter:
http://www.nrm.se/faktaomnaturenochrymden/geologi/bergarterochmalmer
http://www.sgu.se/om-geologi/berg/bergarter/
Fördjupningsmaterial om bergarter till denna presentation att ladda ner som pdf-fil:
http://www.geologinsdag.nu/web/page.aspx?refid=2916
Föreningen för Geologins Dag och
Naturhistoriska riksmuseet, 2015
