Stollingsgesteente

Stollingsgesteenten worden geclassificeerd volgens de wijze van voorkomen, textuur, mineralogie, chemische samenstelling en de geometrie van het stollingslichaam.

De classificatie van de vele soorten stollingsgesteenten kan belangrijke informatie opleveren over de omstandigheden waaronder ze gevormd zijn. Twee belangrijke variabelen die worden gebruikt voor de classificatie van stollingsgesteenten zijn de deeltjesgrootte, die grotendeels afhangt van de geschiedenis van afkoeling, en de minerale samenstelling van het gesteente. Veldspaat, kwarts of veldspaatachtigen, olivijnen, pyroxenen, amfibolen en micas zijn allemaal belangrijke mineralen bij de vorming van bijna alle stollingsgesteenten, en ze vormen de basis voor de classificatie van deze gesteenten. Alle andere aanwezige mineralen worden in bijna alle stollingsgesteenten als niet-essentieel beschouwd en worden aanvullende mineralen genoemd. Typen stollingsgesteenten met andere essentiële mineralen zijn zeer zeldzaam, maar omvatten carbonatieten, die essentiële carbonaten bevatten.

In een vereenvoudigde classificatie worden stollingsgesteentesoorten gescheiden op basis van het type aanwezige veldspaat, de aanwezigheid of afwezigheid van kwarts, en in gesteenten zonder veldspaat of kwarts, het type aanwezige ijzer- of magnesiummineralen. Stenen die kwarts bevatten (silica in samenstelling) zijn oververzadigd met silica. Rotsen met veldspaatachtigen zijn onderverzadigd met silica, omdat veldspaatachtigen niet naast elkaar kunnen bestaan in een stabiele associatie met kwarts.

Stollingsgesteenten met kristallen die groot genoeg zijn om met het blote oog te worden gezien, worden phaneritisch genoemd; die met kristallen die te klein zijn om gezien te worden, worden afanitisch genoemd. Over het algemeen impliceert phaneritisch een opdringerige oorsprong; afanitisch en extrusief.

Een stollingsgesteente met grotere, duidelijk waarneembare kristallen ingebed in een fijnere korrelige matrix wordt porfier genoemd. Porfyritische textuur ontwikkelt zich wanneer sommige kristallen tot aanzienlijke afmetingen groeien voordat de hoofdmassa van het magma kristalliseert als fijner korrelig, uniform materiaal.

Stollingsgesteenten worden geclassificeerd op basis van textuur en samenstelling. Textuur verwijst naar de grootte, vorm en rangschikking van de minerale korrels of kristallen waaruit de rots is samengesteld.

Textuur

Textuur is een belangrijk criterium voor de naamgeving van vulkanisch gesteente. De textuur van vulkanisch gesteente, inclusief de grootte, vorm, oriëntatie en distributie van minerale korrels en de intergrain-relaties, zal bepalen of het gesteente een tufsteen, een pyroclastische lava of een eenvoudige lava wordt genoemd. De textuur is echter slechts een ondergeschikt onderdeel van het classificeren van vulkanisch gesteente, aangezien er meestal chemische informatie moet worden verzameld uit gesteenten met een extreem fijnkorrelige grondmassa of uit luchttufstenen, die kunnen zijn gevormd uit vulkanische as.

Weefselcriteria zijn minder kritisch bij het classificeren van opdringerige gesteenten waar de meeste mineralen zichtbaar zijn met het blote oog of op zijn minst met een handlens, vergrootglas of microscoop. Plutonische gesteenten hebben ook de neiging om minder qua textuur gevarieerd te zijn en minder vatbaar voor het vertonen van kenmerkende structurele weefsels. Weefseltermen kunnen worden gebruikt om verschillende intrusieve fasen van grote plutonen te onderscheiden, bijvoorbeeld porfierachtige randen tot grote opdringerige lichamen, porfierstammen en subvolkanische dijken. Mineralogische classificatie wordt meestal gebruikt om plutonische gesteenten te classificeren. Chemische classificaties hebben de voorkeur om vulkanische gesteenten te classificeren, waarbij fenocryst-soorten als voorvoegsel worden gebruikt, b.v. “olivijn-dragende picrite” of “orthoklaas-phyric rhyolite”.

Mineralogische classificatie

De IUGS raadt aan stollingsgesteenten waar mogelijk te classificeren op basis van hun minerale samenstelling. Dit is eenvoudig voor grofkorrelig opdringerig stollingsgesteente, maar het kan nodig zijn om dunne secties onder een microscoop te onderzoeken op fijnkorrelig vulkanisch gesteente, en is misschien onmogelijk voor glasachtig vulkanisch gesteente. Het gesteente moet dan chemisch worden geclassificeerd.

Mineralogische classificatie van een opdringerig gesteente begint door te bepalen of het gesteente ultramafisch, een carbonatiet of een lamprofee is.Een ultramafisch gesteente bevat meer dan 90% ijzer- en magnesiumrijke mineralen zoals hoornblende, pyroxeen of olivijn, en dergelijke gesteenten hebben hun eigen classificatieschema. Evenzo worden gesteenten met meer dan 50% carbonaatmineralen geclassificeerd als carbonatieten, terwijl lamprophyres zeldzame ultrapotassische gesteenten zijn. Beide worden verder geclassificeerd op basis van gedetailleerde mineralogie.

In de overgrote meerderheid van de gevallen heeft het gesteente een meer typische minerale samenstelling, met aanzienlijk kwarts, veldspaat of veldspaat. De classificatie is gebaseerd op de percentages kwarts, alkalische veldspaat, plagioklaas en veldspaat uit de totale fractie van het gesteente dat uit deze mineralen bestaat, waarbij alle andere aanwezige mineralen buiten beschouwing worden gelaten. Deze percentages plaatsen het gesteente ergens op het QAPF-diagram, wat vaak meteen het gesteentetype bepaalt. In enkele gevallen, zoals het dioriet-gabbro-anorthiet veld, moeten aanvullende mineralogische criteria worden toegepast om de uiteindelijke classificatie te bepalen.

Waar de mineralogie van een vulkanisch gesteente kan worden bepaald, wordt het geclassificeerd met de dezelfde procedure, maar met een aangepast QAPF-diagram waarvan de velden overeenkomen met typen vulkanisch gesteente.

Chemische classificatie en petrologie

Wanneer het onpraktisch is om een vulkanisch gesteente naar mineralogie te classificeren, moet het gesteente chemisch worden geclassificeerd.

Er zijn relatief weinig mineralen die belangrijk zijn in de vorming van gewone stollingsgesteenten, omdat het magma waaruit de mineralen kristalliseren, alleen rijk is aan bepaalde elementen: silico n, zuurstof, aluminium, natrium, kalium, calcium, ijzer en magnesium. Dit zijn de elementen die samen de silicaatmineralen vormen, die goed zijn voor meer dan negentig procent van alle stollingsgesteenten. De chemie van stollingsgesteenten wordt anders uitgedrukt voor grote en kleine elementen en voor sporenelementen. Het gehalte aan hoofd- en ondergeschikte elementen wordt gewoonlijk uitgedrukt als gewichtspercentage oxiden (bijv. 51% Si02 en 1,50% Ti02). Overvloed aan sporenelementen wordt gewoonlijk uitgedrukt in gewichtsdelen per miljoen (bijvoorbeeld 420 dpm Ni en 5,1 dpm Sm). De term “sporenelement” wordt typisch gebruikt voor elementen die in de meeste gesteenten aanwezig zijn in hoeveelheden van minder dan 100 ppm of zo, maar sommige sporenelementen kunnen in sommige gesteenten aanwezig zijn in hoeveelheden van meer dan 1000 ppm. De diversiteit van rotssamenstellingen wordt bepaald door een enorme hoeveelheid analytische gegevens – meer dan 230.000 rotsanalyses zijn toegankelijk op internet via een site die wordt gesponsord door de US National Science Foundation (zie de externe link naar EarthChem).

De belangrijkste component is silica, SiO2, of het nu voorkomt als kwarts of gecombineerd met andere oxiden als veldspaat of andere mineralen. Zowel opdringerige als vulkanische gesteenten zijn chemisch gegroepeerd op basis van het totale silicagehalte in brede categorieën.

• Felsische gesteenten hebben het hoogste gehalte aan silica en zijn voornamelijk samengesteld uit de felsische mineralen kwarts en veldspaat. Deze rotsen (graniet, rhyoliet) zijn meestal licht gekleurd en hebben een relatief lage dichtheid.
• Tussenliggende rotsen hebben een matig gehalte aan silica en zijn voornamelijk samengesteld uit veldspaat. Deze rotsen (dioriet, andesiet) zijn typisch donkerder van kleur dan felsische rotsen en iets dichter.
• Mafische rotsen hebben een relatief laag silicagehalte en zijn voornamelijk samengesteld uit pyroxenen, olivijnen en kalkplagioklaas. Deze rotsen (basalt, gabbro) zijn meestal donker gekleurd en hebben een hogere dichtheid dan felsische rotsen.
• Ultramafisch gesteente is zeer laag in silica, met meer dan 90% mafische mineralen (komatiiet, duniet).

Deze classificatie wordt samengevat in de volgende tabel:

Het percentage alkalimetaaloxiden (Na2O plus K2O) komt op de tweede plaats na silica wat betreft het belang ervan voor chemische classificatie vulkanische rots.De percentages silica en alkalimetaaloxide worden gebruikt om vulkanisch gesteente op het TAS-diagram te plaatsen, wat voldoende is om de meeste vulkanische gesteenten onmiddellijk te classificeren. Gesteenten in sommige velden, zoals het trachyandesietveld, worden verder geclassificeerd door de verhouding van kalium tot natrium (zodat kaliumtrachyandesieten latieten zijn en sodische trachyandesieten benmoreieten). Sommige van de meer mafische velden worden verder onderverdeeld of gedefinieerd door normatieve mineralogie, waarin een geïdealiseerde minerale samenstelling wordt berekend voor het gesteente op basis van zijn chemische samenstelling. Basaniet onderscheidt zich bijvoorbeeld van tefriet doordat het een hoog normatief olivijngehalte heeft.

Andere verfijningen van de basis TAS-classificatie zijn onder meer:

In oudere terminologie werden oververzadigde silica-gesteenten kiezelzuur of zuur waar de SiO2 meer dan 66% was en de familie term kwartsoliet werd toegepast op de meeste kiezelzuur. Een normatieve veldspaatoïde classificeert een gesteente als onderverzadigd siliciumdioxide; een voorbeeld is nefeliniet.

Magmas worden verder onderverdeeld in drie reeksen:

• De tholetische reeks – basalt andesieten en andesieten.
• De calc-alkalische reeks – andesieten.
• De alkalische reeks – subgroepen van alkalische basalten en de zeldzame, zeer hoge kaliumhoudende (dwz shoshonitische) lavas.

De alkalische reeks is te onderscheiden van de andere twee op het TAS-diagram, omdat ze hoger is in totaal alkali-oxiden voor een bepaald silicagehalte, maar de tholetisch en calc-alkalisch reeksen nemen ongeveer hetzelfde deel van het TAS-diagram in. Ze onderscheiden zich door de totale alkali te vergelijken met het ijzer- en magnesiumgehalte.

Deze drie magma-reeksen komen voor in een reeks platentektonische instellingen. Tholeiitic magma series rotsen worden bijvoorbeeld gevonden op mid-oceanische ruggen, back-arc bassins, oceanische eilanden gevormd door hotspots, eilandbogen en continentale grote stollingsprovincies.

Alle drie de series zijn te vinden in relatief dichtbij nabijheid van elkaar in subductiezones waar hun verdeling verband houdt met de diepte en de ouderdom van de subductiezone. De tholetisch magma-serie is goed vertegenwoordigd boven jonge subductiezones gevormd door magma van relatief ondiepe diepte. De calc-alkalische en alkalische series worden gezien in volwassen subductiezones en zijn gerelateerd aan magma van grotere diepten. Andesiet en basaltandesiet zijn het meest voorkomende vulkanische gesteente in de boog van het eiland, wat een indicatie is van de calc-alkalische magmas. Sommige eilandbogen hebben vulkanische reeksen verspreid, zoals te zien is in het Japanse eilandboogsysteem waar het vulkanische gesteente verandert van tholeiiet – calc-alkalisch – alkalisch met toenemende afstand van de geul.

Geschiedenis van classificatie

Sommige namen van stollingsgesteenten dateren van vóór het moderne tijdperk van de geologie. Basalt bijvoorbeeld als beschrijving van een bepaalde samenstelling van van lava afkomstige gesteenten dateert uit 1546 van Georgius Agricola in zijn werk De Natura Fossilium. Het woord graniet gaat minstens terug tot de jaren 1640 en is afgeleid van Frans graniet of Italiaans granito, wat gewoon “granulaatgesteente” betekent. De term ryoliet werd in 1860 geïntroduceerd door de Duitse reiziger en geoloog Ferdinand von Richthofen. Het benoemen van nieuwe gesteentetypes versnelde in de 19e eeuw en bereikte een hoogtepunt in het begin van de 20e eeuw.

Een groot deel van de vroege classificatie van stollingsgesteenten was gebaseerd op de geologische ouderdom en het voorkomen van de rotsen. In 1902 stelden de Amerikaanse petrologen Charles Whitman Cross, Joseph P. Iddings, Louis V. Pirsson en Henry Stephens Washington echter voor om alle bestaande classificaties van stollingsgesteente weg te gooien en te vervangen door een “kwantitatieve” classificatie op basis van chemische analyse. Ze toonden aan hoe vaag en vaak onwetenschappelijk veel van de bestaande terminologie was en voerden aan dat, aangezien de chemische samenstelling van een stollingsgesteente het meest fundamentele kenmerk was, het naar de eerste plaats moest worden verheven.

Geologisch voorkomen, structuur, mineralogische constitutie – de tot dusver aanvaarde criteria voor de discriminatie van gesteentesoorten – werden naar de achtergrond gedegradeerd. De voltooide rotsanalyse moet eerst worden geïnterpreteerd in termen van de gesteentevormende mineralen die naar verwachting zullen worden gevormd wanneer het magma kristalliseert, bijvoorbeeld kwartsveldspaat, olivijn, akermanniet, veldspaat, magnetiet, korund, enzovoort, en de gesteenten zijn strikt in groepen verdeeld volgens de relatieve verhouding van deze mineralen ten opzichte van elkaar. Dit nieuwe classificatieschema veroorzaakte een sensatie, maar werd bekritiseerd vanwege het gebrek aan bruikbaarheid bij veldwerk, en het classificatieschema werd verlaten door de jaren zestig.Het concept van normatieve mineralogie heeft echter standgehouden en het werk van Cross en zijn medespelers inspireerde een golf van nieuwe classificatieschemas.

Een daarvan was het classificatieschema van MA Peacock, dat stollingsgesteente in vier reeksen verdeelde. : de alkalische, de alkalische-kalkhoudende, de kalk-alkalische en de kalkhoudende reeks. Zijn definitie van de alkali-reeks, en de term calc-alkali, blijven in gebruik als onderdeel van de veelgebruikte Irvine-Barager-classificatie, samen met W.Q. Kennedys tholeiitische serie.

In 1958 waren er zon 12 afzonderlijke classificatieschemas en ten minste 1637 namen van gesteentetypes in gebruik. In dat jaar schreef Albert Streckeisen een overzichtsartikel over de classificatie van stollingsgesteenten dat uiteindelijk leidde tot de vorming van de IUGG-subcommissie van de Systematics of Igneous Rocks. In 1989 was een enkel classificatiesysteem overeengekomen, dat in 2005 verder werd herzien. Het aantal aanbevolen rocknamen werd teruggebracht tot 316. Deze omvatten een aantal nieuwe namen afgekondigd door de Subcommissie.