سنگ های رسوبی چگونه تشکیل می شوند؟

انواع مختلفی از سنگ های رسوبی وجود دارد؛ اینکه سنگ رسوبی چگونه تشکیل می شود، به نوع سنگ بستگی دارد. اما به طور کلی، پنج فرایند برای شکل گیری اغلب سنگ های رسوبی لازم است: فرسایش، هوازدگی، انحلال، رسوب و دیاژنز. یک استثنا در مورد سنگ های آلی وجود دارد؛ اینکه برای تشکیل آن‌ها نیازی به فرسایش و هوازدگی نیست. برای تشکیل سنگ رسوبی شیمیایی، لازم است تا عناصر در آب یا سیال حل شود و سپس با تبخیر سیال، عناصر ته نشین شوند و سنگ شکل گیرد. برای تشکیل سنگ‌های رسوبی کربناته آلی، لازم است تا صدف و پوسته موجودات دریایی که جنس‌شان از آهک است، پس از مرگ این موجودات، در آب دریا یا اقیانوس رسوب کند، انباشته شود و در نهایت به سنگ تبدیل گردد. در ادامه این مقاله، توضیحات کاملی راجع به شکل گیری انواع سنگ های رسوبی ارائه شده است. با کوهِ سنگ همراه باشید.

سنگ رسوبی چگونه تشکیل می شود؟

قبل از آنکه دربارۀ نحوۀ شکل گیری سنگ های رسوبی توضیح دهیم، خوب است بدانیم که سنگ رسوبی چیست؟ از تجمع رسوبات موجود در سطح زمین یا آب دریاها، دریاچه ها و اقیانوس ها و سپس سیمانی شدن و فشرده شدن این رسوبات، سنگ هایی به نام سنگ رسوبی تشکیل می‌شود. اما ایجاد رسوبات، مستلزم فرایندهایی است که باید قبلا رخ داده باشد؛ فرایندهایی به نام فرسایش، هوازدگی و انحلال. زیرا تا فرسوده شدن و هوازدگی سنگ‌های قبلی رخ ندهد، رسوبی ایجاد نمی‌شود که بتواند سنگ رسوبی را تشکیل دهد. سپس انحلال لازم است تا رسوبات را در سیال به محل مناسب انتقال دهد. رسوبی که سنگ های رسوبی را می سازد، می‌تواند معدنی و یا آلی باشد. این امر باعث می‌شود در طبیعت، چند نوع مختلف از شکل گیری سنگ های رسوبی را داشته باشیم.

فرایند تشکیل سنگ های رسوبی آواری

چندین عامل در شکل گیری سنگ‌های رسوبی آواری نقش دارند. این عواملِ زمین شناختی که رخدادشان برای تشکیل سنگ های رسوبی ضروری است عبارتند از:

1. فرسایش (Erosion)
2. هوازدگی (weathering)
3. انحلال
4. ته نشینی یا رسوب (Precipitation)
5. سنگ شدگی (lithification)

در شکل زیر، تصویری از تشکیل سنگهای رسوبی نشان داده شده است. همه چیز از سنگ مادر (اولیه) شروع می‌شود؛ سنگ مادر می‌تواند یک سنگ رسوبی، سنگ آذرین و یا سنگ دگرگونی باشد. هر یک از مراحل بالا در ادامه توضیح داده شده است.

فرسایش و هوازدگی در تشکیل سنگ های رسوبی

فرقی نمی‌کند سنگ آذرین باشد یا دگرگونی و یا رسوبی، سرما، گرما و یخبندان و سیالات موجب هوازده شدن سنگ‌ها می‌شود. به ویژه اگر سرد و گرم شدن بطور متناوب رخ دهد، هوازدگی بهتر عمل می کند. سنگ‌هایی که به خوبی هوازده می‌شوند، راه را برای فرسایش راحتر و بهتر می‌کنند. به عبارت دیگر، هرقدر هوازدگی بهتر و بیشتر رخ داده باشد، فرسایش سنگ نیز بهتر صورت خواهد گرفت.

فرسایش و هوازدگی شامل اثرات باد و باران است که به آرامی سنگ های بزرگ را به سنگ های کوچک‌تر تبدیل می‌کند. فرسایش و هوازدگی، سنگ‌ها و حتی کوه‌ها را به رسوباتی مانند شن و گل تبدیل می‌کند.

هوازدگی خود شامل هوازدگی فیزیکی و شیمیایی است و زمانی رخ می‌دهد که سنگ‌های سطح زمین در معرض اتمسفر (جَو) و هیدروسفر قرار گیرند. این فرآیندها، خاک، ریزه‌های سنگی تحکیم‌نشده و اجزای محلول در آب‌های زیرزمینی و رواناب تولید می‌کنند.

فرسایش فرآیندی است که طی آن، محصولات هوازدگی به صورت ماده جامد یا به صورت اجزای محلول به دور از محل هوازدگی منتقل می‌شوند تا در نهایت به صورت رسوب، ته نشین شوند. هرگونه مواد نهشته شده از مواد جامد هوازده، رسوب را تشکیل می‌دهد. ته نشینی دانه‌ها و رسوب آن‌ها در نتیجه فرایندهای طبیعی زیر رخ می‌دهد:

• ته نشینی از مواد متحرک مثل آب و باد.
• ته نشینی به واسطۀ ذوب شدن یخ ها.
• رسوباتی که از لغزش توده های سنگ و خاک به سمت سرازیری و در پاسخ به گرانش زمین نهشته می‌شوند.
• رسوب کردن بر اثر بارش باران.

محصولات محلول حاصل از هوازدگی تحت شرایط دما و فشار پایین که در سطح زمین یا نزدیک آن وجود دارد.

انحلال

انحلال شکلی از هوازدگی -هوازدگی شیمیایی- است. با این فرآیند، آبی که کمی اسیدی است به آرامی سنگ را در خود حل می‌کند.

فرسایش، هوازدگی و انحلال، مواد اولیه سنگ‌های رسوبی جدید را ایجاد می‌کنند.

ته نشینی (رسوب)

ته نشین شدن رسوبات و سنگ‌ شدن، فرآیندهایی هستند که سنگ‌ها یا کانی‌های جدید را می‌سازند. ته نشین شدن مواد شیمیایی موجود در سیالات، رسوب کردن نام دارد. رسوب گذاری بعد از کاهش سرعت جریان آب رخ می‌دهد؛ یعنی زمانی که تنش برشی به یک ششم مقدار اولیه خود که برای شروع حرکت لازم بود کاهش یابد. در رودخانه ها، کاهش سرعت جریان آب بر روی دشت های سیلابی، در بادبزن ها و همچنین در دلتاها (جایی که رودخانه به دریا می پیوندد) رخ می‌دهد.

در شرایط دیگر، رسوب گذاری ناشی از تبخیر سیال است. به این صورت که تبخیر سیال به دلیل دمای زیاد هوا، منجر به اشباع شدن سیال از عناصر موجود در آن شده و منجر به ته نشین شدن عناصر می‌گردد. در کل، محیط های مختلف و بسیار متنوعی در کرۀ زمین وجود دارد که ته نشینی رسوبات در هر یک از آن ها، می‌تواند منجر به شکل گیری نوع خاصی از Sedimentary rockها شود. به شکل زیر نگاه کنید؛ این محیط ها در شکل زیر به تصویر کشیده شده است.

سنگ شدگی، آخرین مرحلۀ تشکیل سنگ رسوبی

پس از رسوب، نوبت به سنگ شدگی می‌رسد. در واقع تا سنگ شدگی رخ ندهد، سنگ رسوبی تشکیل نخواهد شد. مهمترین عاملی که موجب سنگ شدگی می‌شود، فشار ناشی از وزن رسوبات و لایه‌های بالایی، بر رسوبات زیرین است. طی این فشار، مولکول های آب نیز از لابه لای رسوبات خارج می‌شوند. هنگامی که رسوبات دفن و فشرده می‌شوند، به سنگ تبدیل می‌شوند. فرآیندهای دفن، تراکم و سیمان شدگی که منجر به سنگ‌سازی می‌شود، در مجموع دیاژنز نامیده می‌شود. دیاژنز می‌تواند در اعماق زیر سطح زمین و در دمای بالا رخ دهد، اما نه آنقدر عمیق و داغ که باعث دگردیسی (metamorphosis) شود.

کنگلومرا مثالی از یک سنگ رسوبی آورای است که برای تشکیل، باید مراحل بالا را طی کند.

در تشکیل سنگ های رسوبی آواری دانه درشت، سنگ شدگی بیشر تحت تأثیر فرایندهای سیمانی شدن انجام می‌‎شود. این سیمان می تواند از جنس کربنات و یا سیلیس و یا اکسید آهن باشد. سیمانی شدن کربناتی در سنگ های آواری دانه درشت به گونه‌ای است که از سطحِ زیرینِ دانه‌های درشت شروع می‌شود. به طوری که اگر دانه‌ها از سنگ جدا شود، لایه نازک آهکی در سطح زیرین آن‌ها قابل مشاهده است. گاه عمل سیمانی شدن به طور کامل صورت نمی‌گیرد. به عنوان مثال، در گِلسنگ های کنگلومرایی یا پاراکنگلومراها، تراکم گِل ها موجب سخت شدن رسوبات می‌گردد و فرایند سنگ شدگی، کمتر از طریق سیمانی شدن صورت می‌گیرد.

سنگ های رسوبی کربناتی دریایی چگونه تشکیل می شوند؟

ماده اصلی و لازم جهت تشکیل سنگ های رسوبی کربناتی، مواد کربناتی است. ماده کربناتی شامل کلسیم و کربنات است که در کنار هم، کربنات کلسیم (CaCO₃) را تشکیل می‌دهند. این ماده از موجودات زنده، اعم از جانوری و گیاهی تأمین می‌شود. پوسته بدن جانوران بی مهره که در دریاها زندگی می‌کنند، یک پوسته آهکی است. حتی جلبک‌ها و باکتری‌ها نیز تأمین کننده آهک (به صورت گِل) هستند.

جانوران بی مهره در فلات قاره، پایاب و گذرگاه شیبدار (رمپ) دریاها زندگی می‌کنند. بنابراین، پس از مرگ‌شان، پوسته بدن شان در این مناطق ته نشست کرده و روی هم انباشته می‌شود، فشرده می‌گردد و به سنگ کربناتی تبدیل می‌شود. این سنگ کربناتی از نوع آلی است. گِل مورد نیاز برای چسباندن این پوسته های آهکی به هم، از جلبک‌ها و باکترها تأمین می‌شود. جلبک ها علاوه بر دریاها، در دریاچه ها و برخی چشمه ها نیز در تشکیل سنگ های رسوبی آهکی نقش دارند.

در حوضه های دریایی عمیق، ریز سازواره های پلاژیک، به ویژه کوکولیتوفورها و روزن داران، تشکیل دهندگان اصلی رسوب کربناتی می‌باشند.

به طور کلی، 9 محیط رسوبگذاری در دریاها وجود دارد. به عبارت دیگر، در 9 قسمت از بخش های مختلف دریاها، کربنات‌ها می‌توانند ته نشین شوند و پس از انباشت و فشردگی، سنگ رسوبی کربناتی تشکیل شود. این 9 محیط دریایی عبارتند از:

1. پلت فرم (دریاهای بر قاره ای)؛ این بخش نزدیک ترین بخش دریا به سواحل است.
2. رمپ دریا
3. پایاب دریا
4. فلات
5. ریف ها
6. حاشیه فلات
7. پیش شیب (foreslope)
8. سراشیبی و خیز
9. حوضه عمیق دریا (عمیق ترین بخش دریاها)

در شکل زیر، تصویری از بُرشِ عرضیِ کمربندهای رخساره‌ای رسوبی کربناته نشان داده شده است. برخی از کمربندهای رخساره‌ای، مانند پیش شیب و تجمع مواد آلی، عموماً باریک هستند، در حالی که برخی دیگر، مانند لاگون و پلتفرم بادبری، تمایل به پهن‌تر شدن دارند. رخساره‌های سبخا و حوضه‌ای نیز عموماً پهن هستند. عرض کمربندهای رخساره‌ای به طور متناسب نشان داده نشده است.

تشکیل سنگ های کربناته محیط های حد واسط

سنگ های کربناتی علاوه بر دریاها و اقیانوس ها، می‌توانند در محیط های حدّ فاصل دریا و خشکی (قاره) نیز تشکیل شوند. به این محیط ها، اصطلاحاً محیط های حد واسط می‌گویند. محیط های حد واسط شامل محیط های زیر است:

• محیط های بین کشندی تا زیر کشندی سواحل (محیط های جزر و مدی).
• خلیج ها.
• مرداب ها.
• سبخاها.

در این محیط ها، تبخیر زیاد عامل مهم تشکیل سنگ های رسوبی است. سنگ هایی که در این محیط ها شکل می‌گیرند، از نوعِ سنگهای کربناتی، سنگ های تبخیری و غیر آلی هستند. در محیط های حد واسط، به دلیل بالا بودن میزان شوری آب، موجودات آبزی نمی توانند زندگی کنند؛ بنابراین، سهم مستقیم جانوران آبزی و مواد آلی در محیط های حد واسط محدود است. به طور محلی، نرم تنان مقادیر زیادی ماده کربناتی را به آب ها وارد می‌نمایند.

سنگ رسوبی کربناتی قاره ای چگونه تشکیل می شود؟

تراورتن یک سنگ رسوبی کربناتی قاره ای است. یعنی در آب دریا یا اقیانوس تشکیل نمی‌شود بلکه از رسوب کانی‌های کربناتی از آب‌های زیرزمینی تشکیل می‌شود. تروارتن در گروه سنگ های کربناتی قاره ای قرار دارد. این سنگ اغلب در داخل و اطراف چشمه‌های آب گرم، غارها و رسوبات سنگ آهک یافت می‌شود.

برای تشکیل تراورتن لازم است تا یک سیال غنی از آهک داشته باشیم. به عبارت دیگر، یک منبع آبی که سرشار از CaCO₃ باشد. چنین شرایطی در مناطق غنی از سنگ آهک و رسوبات آهکی برقرار است. آبی که سرشار از آهک است باید به سطح زمین راه پیدا کند تا شرایط برای ته نشینی سنگ رسوبی تراورتن مهیا گردد. چنین آبی معمولاً در چشمه های آبگرم جوشان که در محیط های پر آهک قرار دارند دیده می‌شود. زمانی که آب سرشار از آهک به سطح زمین راه پیدا می‌کند، دمای آن تغییر می‌کند. همچنین اکسیژن موجود در CaCO₃ از آن جدا می‌شود و وارد اتمسفر (هوای اطراف) می‌گردد. این امر باعث می‌شود تا کلسیم پایداری و حلالیت خود را در آب از دست بدهد و رسوب کند.

انحلال، تبخیر و رسوبگذاری سه شرط لازم و اساسی برای تشکیل سنگ رسوبی تراورتن است. این ترتیب که:

1. کربنات کلسیم یا همان CaCO₃ در آب حل می‌شود.
2. آب تبخیر می‌شود.
3. با تبخیر آب، کربنات کلسیم موجود رسوب می‌کند و تجمع تدریجی آن، منجر به تشکیل سنگ تراورتن می‌شود.

از تراورتن به عنوان سنگ ساختمانی استفاده می‌شود. بیشترین کاربرد آن، استفاده به عنوان سنگ نما ساختمان است. قیمت تراورتن نسبت به سایر سنگ های ساختمانی انعطاف پذیری بیشتری دارد. از این رو، یک سنگ محبوب و پُر استفاده محسوب می‌شود.