Afzettingsgesteenten

Ontstaan

Door erosie en verwering van gesteente ontstaan brokstukken, die daarna door wind, ijs, rivier of zee worden meegenomen om elders te worden afgezet.

Brokstukken (fragmenten, klasten, korrels) zijn afkomstig van bestaande gesteenten of van organisch materiaal (schelpen, koraal, planten). Sedimenten (afzettingsgesteenten) kunnen ook ontstaan door het rechtstreeks neerslaan van opgeloste stoffen in het water of door indamping.

Hoe de verdere afbraak en verkruimeling van de klasten/korrels plaats vindt, is vooral afhankelijk van de aard van het aanwezige mineraal in de klasten. Kwarts is dermate hard dat het zichtbare zandkorrels blijven. Orthoklaas wordt afgebroken tot een kleiner formaat korrel, zodat klei en schalie ontstaat. Plagioklaas vormt calciet waaruit uiteindelijk kalkgesteente ontstaat.  In zee, in een rivier of op een strand worden de brokstukken door de beweging van het water en het onderling schuren van de klasten rond geslepen. Door verschil in gewicht worden de klasten niet tegelijk afgezet, zodat de lagen op korrelgrootte zijn gesorteerd. De lagen zullen daardoor veelal uit korrels van ongeveer gelijke grootte bestaan, behalve in de buurt van de verweringsplek. Daar zullen grotere en meer gemengde korrels worden afgezet. Omdat de sedimenten in water ontstaan, kunnen ze fossielen bevatten.

Afzettingsgesteenten (sedimenten) ontstaan dus in de meeste gevallen uit de resten van afgebroken gesteente. In de andere gevallen uit afgebroken organisch materiaal of door indamping.

Niet alleen stollingsgesteenten zijn onderhevig aan verwering en erosie, maar ook metamorfe gesteenten en reeds bestaande afzettingsgesteenten. Nieuwe sedimenten kunnen dus ontstaan uit klasten van al deze gesteenten. Veel mineralen van deze klasten verdwijnen of veranderen door verwering of door omzetting in het proces van diagenese. Kwarts houdt wel stand, zodat kwarts vaak rijkelijk aanwezig is in oudere sedimenten. 
Verwering
Vergruizing van gesteente door inwerking van water, weer en vegetatie.

Erosie
Het afschuren en uitschuren van gesteente door met verweringsmateriaal geladen water, ijs of wind.

Omdat er sprake is van afzetting in opeenvolgende lagen (sequenties), vertonen sedimenten meestal een gelaagdheid. Deze gelaagdheid kan enkele centimeters tot enkele meters dik zijn. Fijnere lagen van enkele centimeters of millimeters worden laminaties genoemd. De opeenvolgende lagen zijn goed te onderscheiden door verschil in korrelgrootte of andersoortig materiaal door onderbreking van de sedimentatie in de loop van de tijd.

Door de bewegingen van de aardkorst is er niet altijd meer sprake van de oorspronkelijke horizontale evenwijdige gelaagdheid (concordantie), maar zullen de lagen vaak hoeken met elkaar maken of verdraaide vorm vertonen (discordantie). In de lagen kunnen later door fysische verwering diaklazen (scheuren/breuken) ontstaan.

Gesteentevorming

Ongeconsolideerde korrels vormen losse sedimenten in de vorm van duinen, stranden, zand- en kleilagen en dergelijke. Door consolidatie kunnen deze losse sedimenten in vast (verkit) gesteente worden omgezet.

Voorbeelden:  

zand → zandsteen,    grind → conglomeraat,    silt → siltsteen,    veen → bruinkool,    klei → schalie.

Bij de consolidatie treedt een verandering op van de mineralen en de textuur in het sediment. Welke diagenese hierbij plaatsvindt, is afhankelijk van  de aard van de mineralen en de omstandigheden (temperatuur, diepte, druk, spanning).

Consolidatie is een proces waarbij sedimenten onder hun eigen druk inkrimpen. Als eindresultaat kunnen de korrels van het sediment aan elkaar gekit worden, zodat er uiteindelijk een sedimentair gesteente wordt gevormd.

Diagenese is binnen de geologie elke chemische, fysische of biologische verandering die een sediment ondergaat nadat het afgezet is. De mineralen en de textuur van het gesteente veranderen hierbij. In feite kan diagenese worden gezien als de laagste graad van metamorfose.

Afhankelijk van de aard van de klasten en de omstandigheden waarin de processen plaatsvinden ontstaan respectievelijk klastische, chemische of organische gesteenten (sedimenten).

1. Klastische sedimenten

Een klast is in de petrologie en sedimentologie een brokstuk van een gesteente, dat in een sediment of een ander gesteente is geïncorporeerd. Een klast kan een groot brokstuk of een afgeronde kei zijn  (gesteentefragment), maar ook deeltjes klei of silt en zand worden klasten genoemd. In dit geval wordt meestal de term korrel gebruikt. Ook als een gesteente is opgebroken en later weer aan elkaar is gecementeerd spreekt men van klasten.

Gesteenten die uit klasten bestaan worden klastische gesteenten genoemd. Veel sedimentaire gesteenten zoals conglomeraat, zandsteen of schalie bestaan uit klasten.

Sedimentaire klasten worden ingedeeld op korrelgrootte en mineralogische samenstelling. Zand, leem en grind bestaan uit kwarts, veldspaat en andere silicaatmineralen. Deze mineralen worden siliclastica genoemd. Klei bestaat uit kleimineralen. Sedimenten als leem en löss bestaan uit mengsels van siliclastica en kleimineralen. Mergel is een mengsel van siliclastica en kalkdeeltjes.

Klastische sedimenten worden ook wel detrische (verwering en erosie) of gruisgesteenten genoemd.

De korrelafmetingen zijn genormeerd volgens de Nederlandse classificatie, vastgelegd in de norm NEN-EN-ISO 14688-2:2004 en Geotechnisch onderzoek en beproeving - Identificatie en classificatie van grond - Deel 2: Grondslagen voor classificatie. De hoofdindeling is fijn-, middel- en grofkorrelig.

De korrelgrootte wordt ook wel met de volgende namen aangeduid: 
- Pelietkorrels (naar het Grieks voor "klei", dus de fractie lutum).
- Psammietkorrels (naar het Grieks voor "zand", de fracties silt en zand). 
- Psefietkorrels (naar het Grieks voor "steen", de fractie grind).
De bijbehorende klastische sedimenten worden dan ook wel pelieten, psammieten en psefieten genoemd. Metamorfe gesteenten ontstaan uit deze sedimenten, krijgen veelal het voorvoegsel meta.

Ook wordt wel een andere indeling van de klastische afzettingsgesteenten naar korrelgrootte gehanteerd: rudieten (grootkorrelig), arenieten (middelgrootkorrelig) en lutieten (fijnkorrelig).

De naam kiezelstenen of kiezels wordt gegeven aan afgeronde, gladde klasten (keien, stenen of grind, naargelang de korrelgrootte). De afgeronde klasten in de orde van grootte van grind worden ook rolstenen genoemd. Vindt transport van de klasten via gletsjers plaats, dan spreekt men van zwerfstenen. De grote rotsblokken noemen we zwerfkeien (erratische blokken). 

Losse sedimenten

Als ongeconsolideerde (losse) sedimenten zijn te noemen: klei, leem, löss, zand, grind, kiezels en stenen. In ongeconsolideerde toestand worden klei, löss en zand normaliter grondsoorten genoemd in plaats van gesteenten. Naar korrelgrootte komt eerst de grondsoort klei (voornamelijk bestaande uit lutum), vervolgens leem (voornamelijk bestaande uit silt), löss (klei en zand) en zand.

Vaste sedimenten

Losse sedimenten kunnen door lithificatie worden omgezet in een vast (verkit) gesteente.

Lithificatie (Grieks lithos = rots, steen) is het proces waarmee een ongeconsolideerd sediment door compactie en cementatie verandert in een vast gesteente.

Als de sedimenten poederig en zacht zijn (zeer fijnkorrelig) en weinig harde zandkorrels bevatten, is compactie voldoende om ze in gesteente te veranderen (bijvoorbeeld schalie).

Compactie is in elkaar drukken. Als gevolg van druk op sedimentlagen vindt compactie plaats. Dit gebeurt door het herschikken van de klasten op een zodanige manier dat de poriënruimte afneemt en de dichtheid toeneemt. Ook kan drukoplossing de dichtheid vergroten. Bij compactie worden dus de eerst losse korrels (klasten) in elkaar gedrukt, zodat een gesteente ontstaat.

Zeer zanderige sedimenten zijn echter zo hard dat ze niet gemakkelijk worden samengeperst. Gesteente (bijvoorbeeld zandsteen) ontstaat in dit geval door cementatie.

Cementatie is dichtgroeien. Cementatie houdt in dat in water opgeloste stoffen neerslaan tussen korrels (klasten). Daarbij worden mineralen gevormd, die uitkristalliseren in de poriënruimtes. Cementatie zorgt er daarom voor dat de porositeit van het "gesteente" afneemt, de dichtheid toeneemt en er verbinding ontstaat. Door het dichtgroeien van de poriën worden de klasten namelijk aan elkaar "gelijmd" zodat er een vast gesteente ontstaat.

De meest voorkomende "cementen" zijn silicaatmineralen (kwarts en veldspaat), calciet en ijzerverbindingen. De ijzerverbindingen geven het gesteente een roestbruine kleur.

 2. Chemische sedimenten

Een sediment kan ook bestaan uit de kalkskeletjes van microben, eventueel aangevuld met een fractie klei of siliclastica of met grotere fragmenten in de vorm van schelpen of koralen. Het betreft hier een opeenhoping van materiaal dat rechtstreeks uit het water is neergeslagen. Bij consolidatie van dergelijke sedimenten vinden intense chemische veranderingen plaats. Er ontstaat een nieuw gesteente.

Een sediment dat ontstaat door indamping noemen we evaporiet. Als de verzadiging van in water opgeloste mineralen en zouten te hoog wordt, slaan deze neer en vormen een indampingslaag. Of ze ontstaan door neerslag uit water als de verdamping van water groter is dan de watertoevoer en regen (gebeurt vooral in de tropen). 

Chemische sedimenten zijn ondermeer kalksteen, steenzout en gipssteen.

3. Organische sedimenten

Sedimenten kunnen ook bestaan uit organisch materiaal, restanten van planten, algen of andere organismen. In deze gevallen vindt geen transport van het materiaal plaats zoals bij de overige sedimenten. Ze ontstaan ter plaatse uit de residuen van de chemisch aangetaste organismen.

Bij de diagenese van dit organisch materiaal ontstaan de zogenaamde residuaire gesteenten als kaolien en bauxiet en de koolgesteenten (kaustobiolieten, de brandbare gesteenten) als turf, bruinkool, steenkool en antraciet.

Overzicht Afzettingesgesteenten

De afzonderlijke gesteenten in deze categorie komen aan de orde in de paragraaf over de gesteenten in mijn collectie.

Voor de plaats van de afzettingsgesteenten in het geheel van de indeling, zie (nogmaals) document "Classificatie Collectie Gesteenten".

Kringloop gesteenten

Erosie en verwering vindt plaats bij alle gesteenten. Ook bij afzettingsgesteenten. Steeds weer vormen zich nieuwe gesteenten na erosie en verwering. Zie de figuren uit de paragraaf over de kringloop: Kringloop 1 en Kringloop 2.