سنگ رسوبی چیست و چگونه تشکیل می شود؟

سنگ رسوبی (Sedimentary rock) سنگ‌هایی هستند که از ته‌نشینی رسوبات (معدنی و آلی) موجود در سیالات و سپس فشرده شدن این رسوبات تشکیل می‌شوند. تبخیر آب‌های فوق اشباع از عناصر محلول نیز سنگ‌های رسوبی مثل هالیت ایجاد می‌کند. Sedimentary rockها در سطح زمین و یا در نزدیکی سطح زمین ایجاد می‌شوند. لایه‌ای بودن، از ویژگی‌های بارز سنگ‌های رسوبی است. برای تشکیل آن‌ها، چند فرایند زمین‌شناسی لازم است که شامل فرسایش، هوازدگی، انحلال، ته نشینی (رسوب) و در نهایت سنگ شدن می‌باشد. انواع سنگ‌های رسوبی شامل سنگ‌های آواری و غیر آواری (شیمیایی) است. این تقسیم‌بندی بر اساس نحوۀ شکل‌گیری سنگ است. سنگ‌های رسوبی شیمیایی خود به دو دستۀ آلوکمیکال و ارتوکمیکال طبقه‌بندی می‌شوند. ماسه سنگ، رس سنگ، سیلت سنگ و کنگلومرا از سنگ‌های آواری رسوبی هستند. برخی سنگ‌های آهکی در گروه آلوکمیکال‌ها قرار می‌گیرند. سنگ نمک که مستقیما از تبخیر آب دریاچه‌ها نهشته می‌شود، یک سنگ ارتوکمیکال است. با کوهِ سنگ همراه باشید.

سنگ رسوبی چیست؟

در صورت حمل و نقل رسوبات توسط فرایندهای طبیعی مثل باد و آب و ته نشینی رسوبات در آب چشمه‌، رودخانه، دریا و یا اقیانوس و سپس انباشته شدن و فشرده شدن رسوبات با گذر زمان، سنگ‌هایی ایجاد می‌شود که سنگ رسوبی نام دارد. سنگ رسوبی در کنار سنگ‌های آذرین و سنگ‌های دگرگونی، جزء سه دسته اصلی و مهم سنگ‌ها طبقه بندی می‌شود.

رسوبی که در آب‌ها ته نشین می‌شود، می‌تواند دو منشاء داشته باشد: یا از فرسایش و انحلال سنگ‌های آذرین، دگرگونی و سنگ‌های رسوبی نشأت گرفته است؛ یا اینکه از انباشت بقایای گیاهان حاصل آمده است. بسته به اینکه منشاء رسوب کدامیک از این دو حالت باشد، انواع مختلف سنگ‌های رسوبی ایجاد می‌شود.

از طرف دیگر، برخی از Sedimentary rockها در نتیجۀ نهشته شدن رسوبات و سپس سیمانی شدن و متراکم شدن شکل می‌گیرند. برخی دیگر از سنگ‌های رسوبی از سیالات یا محلول های فراسیر شده (فوق اشباع) حاصل می‌شوند؛ مثل سنگ‌های تبخیری همچون سنگ نمک (هالیت) و سیلویت.

فراوانی سنگهای رسوبی در کرۀ زمین

سنگ های رسوبی پوسته جامد بیرونی نازک و سبک زمین که ضخامت آن چیزی بین 40 تا 100 کیلومتر است را تشکیل می‌دهند. همچنین 4 – 10 کیلومتر از حوضه‌های اقیانوسی توسط سنگ‌های رسوبی پوشیده شده است. پوسته سنگی رسوبی و رسوبات زمین، تنها حدود 5 درصد از حجم پوسته زمین را تشکیل می‌دهد که این به نوبه خود کمتر از 1 درصد از حجم کل زمین می‌گردد.

از طرف دیگر، رسوبات و سنگ های رسوبی 75% از سطح خشکی را تشکیل داده‌اند. بیش از 90% از حوضه‌های اقیانوسی و حاشیه‌های قاره نیز از رسوبات و سنگ‌های رسوبی پوشیده شده است. به عبارت دیگر، 80 تا 90 درصد از سطح زمین به جای سنگ آذرین یا دگرگونی، با رسوبات یا سنگ‌های رسوبی پوشیده شده است. پوسته متشکل از سنگ رسوبی-رسوبات تنها یک لایه سطحی نازک را تشکیل می‌دهد. میانگین ضخامت پوسته در مناطق قاره‌ای 1.8 کیلومتر است. پوسته رسوبی در حوضه‌های اقیانوسی تقریباً 0.3 کیلومتر می‌باشد.

فرایند تشکیل سنگ رسوبی چگونه است؟

چندین عامل در شکل گیری سنگ‌های رسوبی نقش دارند. این عوامل که در واقع فرایندهای زمین شناسی هستند و وجودشان برای تشکیل سنگ های رسوبی الزامی است عبارتند از:

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

در شکل زیر، تصویری از تشکیل سنگهای رسوبی نشان داده شده است. همه چیز از سنگ اصلی شروع می‌شود؛ سنگ اصلی می‌تواند یک سنگ رسوبی، سنگ آذرین و یا سنگ دگرگونی باشد. سایر مراحل، در ادامه توضیح داده شده است.

1- هوازدگی اولین مرحله در تشکیل سنگ رسوبی

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

هنگامی که سنگ ها در سطح زمین و یا در نزدیکی سطح زمین قرار گیرند، هوازدگی را تجربه خواهند کرد. هوازدگی خود شامل هوازدگی فیزیکی (Physical weathering) و هوازدگی شیمیایی (Chemical weathering) است و زمانی رخ می‌دهد که سنگ‌های سطح زمین در معرض اتمسفر (جَو) و هیدروسفر قرار گیرند. انحلال، هیدرولیز (آبکافت) و اکسیداسیون نمونه هایی از هوازدگی شیمیایی هستند. مثال‌هایی از هوازدگی فیزیکی نیز عبارتند از یخ زدگی و انقباض و انبساط حرارتی و همچنین شکستن سنگ‌ها ناشی از رشد ریشه های گیاهان. به بیان ساده، اگر آب در رگه‌ها و شکستگی‌های سنگ نفوذ کند و در فصل سرما، این آب یخ بزند، افزایش حجم ناشی از یخ زدن آب، باعث شدید شدن و وسیع شدن ترک یا ترک‌های قبلی شده و امکان شکستن سنگ فراهم می‌شود. به این ترتیب، سنگ به قطعات کوچکتر تبدیل می‌شود. فرسایش و هوازدگی‌های فیزیکی و شیمیایی، در نهایت می‌توانند خاک، ریزه‌های سنگی تحکیم‌نشده و اجزای محلول در آب‌های زیرزمینی تولید کنند.

2- فرسایش

فرسایش فرآیندی است که طی آن، محصولات هوازدگی به صورت جامد و یا به صورت اجزای محلول به دور از محل هوازدگی منتقل می‌شوند تا در نهایت به صورت رسوب، ته نشین شوند. بنابراین، فرآورده های هوازدگی طی فرآیندی به نام فرسایش، از سنگ منشأ خود (سنگ اصلی) جدا می‌شوند و سپس به محل ته نشست منتقل می‌شوند. به این ترتیب، تمام ذراتی که از سنگ اصلی جدا شده بودند، در محل ته نشست، رسوب را تشکیل می‌دهد تا در مراحل بعد، فشرده شده و تشکیل سنگ رسوبی را بدهد. اما 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 هستند.

3- انحلال

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

4- ته نشینی (رسوب)

رسوب و سنگ‌ شدگی فرآیندهایی هستند که سنگ‌ها یا کانی‌های جدید را می‌سازند. تشکیل کانی و سنگ از ته نشینی مواد شیمیایی موجود در آب، رسوب کردن نام دارد. به عنوان مثال، هنگامی که یک دریاچه طی هزاران سال خشک می‌شود، ذخایر معدنی موجود در آب دریاچه به دلیل تبخیر و از بین رفتن آب، ته نشین شده و به اصطلاح رسوب می‌کنند. چنین حالتی در دره مرگ کالیفرنیا اتفاق افتاده است. فرسایش، هوازدگی و انحلال، مواد اولیه سنگ‌های رسوبی جدید را ایجاد می‌کنند. بسته به سنگ منشاء، میزان فرسایش و محیط ته نشست، انواع مختلف سنگ رسوبی شکل می‌گیرد. محیط های مختلف و بسیار متنوعی در کرۀ زمین وجود دارد که ته نشینی رسوبات در هر یک از آن ها، می تواند 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.

محیط های اصلی ته نشینی رسوبات جهت تشکیل سنگ های رسوبی

5- سنگ شدگی آخرین مرحله 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، مولکول‌های 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.

انواع سنگ رسوبی

همانطور که گفته شد، فرایندهای هوازدگی (چه فیزیکی و چه شیمیایی) که در ایجاد سنگ های رسوبی نقش دارند، بطور قابل توجهی متفاوت هستند. این تفاوت باعث می شود تا دو نوعِ کاملا متفاوت رسوب و سنگ رسوبی ایجاد شود:

1. سنگ های رسوبی آواری خاک زاد (Clastic terrigenous sedimentary rocks).
2. سنگ های رسوبی آلوکمیکال (allochemical) و ارتو کمیکال (orthochemical).

این دو دسته در ادامه معرفی شده است.

سنگ های رسوبی آواری (کلاستیک)

سنگ رسوبی آواری یا تریجنیوس به سنگ های رسوبی گفته می‌شود که از انتقال رسوبات توسط نیروی جاذبه، جریان‌های گلی، آب جاری، یخچال‌های طبیعی و باد و سپس نهشته شدن این رسوبات در مکان‌های مختلف (مثلاً در تپه‌های بیابانی، روی مخروط‌افکن‌ها، در میان قفسه‌های قاره‌ای و در دلتای رودخانه‌ها) شکل گرفته‌اند. سنگ‌های آواری بر اساس اندازه دانه‌هایی که سنگ را تشکیل می‌دهند و همچنین میزان گرد بودن دانه‌ها طبقه‌بندی می‌شوند.

رسوباتی که سنگ های رسوبی آواری را می‌سازند، می‌توانند آلی و یا معدنی باشند. به این ترتیب، دو دسته از سنگ‌های آواری تشکیل می‌گردد:

• سنگ های آواری آلی.
• سنگ های آورای غیرآلی (معدنی).

سنگ های رسوبی بیوژنیک، در نتیجه تجمع مواد آلی تشکیل می‌شوند. دو مثال از این سنگ می‌توان به زغال سنگ و چرت بیوژن اشاره کرد. سنگ‌های آواری آلی زمانی تشکیل می‌شوند که قسمت‌هایی از گیاهان و جانوران در زمین پوسیده می‌شوند و مواد بیولوژیکی از خود باقی می‌گذارند که فشرده شده و تبدیل به سنگ می‌شوند. زغال سنگ یک سنگ رسوبی است که طی میلیون‌ها سال، از فشرده شدن لاشه گیاهان تشکیل شده است.

سنگ‌های آواری غیرآلی از تکه‌های شکسته شده سنگ‌های دیگر (نه از موجودات زنده) تشکیل می‌شوند. این سنگ‌ها اغلب سنگ های رسوبی آواری نامیده می‌شوند. یکی از شناخته شده‌ترین سنگ‌های رسوبی آواری ماسه سنگ است. قدرت عوامل انتقال دهنده (باد، آب و غیره) بر اساس اندازۀ ذرات است و این عوامل معمولاً ذرات گسسته را بر اساس اندازۀ کلاست دسته بندی می‌کنند. از این رو، سنگ‌های آواری خاک زا، معمولاً بر اساس میانگین قطر کلاست طبقه بندی می‌شوند. بنابراین، سنگ‌های رسوبی آواری نیز انواع مختلفی دارند که عبارتند از:

1. قطعه سنگ
2. قلوه سنگ
3. ریگ
4. گراول
5. گنگلومرا
6. بِرِش
7. ماسه سنگ
8. سیلت سنگ
9. سنگ رسی
10. گِلسنگ
11. شیل

کانی‌های رسی در سنگ‌های رسوبی، به‌ویژه گِل سنگ‌ها، فراوان هستند و برخی از آنها آواری هستند. کانی‌های رسی ممکن است در محل هوازدگی در اثر تجزیه جزئی مواد معدنی مانند فلدسپات تولید شده باشند. این کانی‌ها به صورت کلاست منتقل می‌شوند. بنابراین، می‌توان آن‌ها را به عنوان ذرات آواری ریز تا بسیار ریز بافت در نظر گرفت.

تعریف کلاست: به هر قطعۀ تشکیل دهندۀ یک سنگ آواری، کلاست (clastic) می‌گویند.

سنگ رسوبی شیمیایی (آلوکمیکال و ارتوکمیکال)

سنگ های رسوبی شیمیایی را می‌توان در قسمت‌های مختلف کرۀ زمین، از اقیانوس گرفته تا صحراها و غارها، یافت. به عنوان مثال، بیشتر سنگ‌های آهکی در کف اقیانوس از رسوب کربنات کلسیم و بقایای جانوران دریایی با پوسته تشکیل می‌شوند. اگر سنگ آهک در خشکی یافت شود، می‌توان حدس زد که منطقه قبلاً زیر آب بوده است. تشکل‌های غار نیز در واقع سنگ‌های رسوبی هستند، اما به‌طور بسیار متفاوتی تولید می‌شوند. استالاگمیت‌ها و استالاکتیت‌ها زمانی تشکیل می‌شوند که آب از سنگ بستر عبور می‌کند و یون‌های کلسیم و کربنات را در خود حل می‌کند. هنگامی که آب غنی از مواد شیمیایی به داخل غار راه می‌یابد، آب تبخیر می‌شود و کربنات کلسیم محلول در خود را به جا می‌گذارد. به این صورت، استالاکتیت (در کف غار) و یا استالاگمیت (در سقف غار) شکل می‌گیرد. سنگ های شیمیایی در درجه اول بر اساس ترکیب شیمیایی طبقه‌بندی می‌شوند. مثلاً کربنات‌ها از کلسیت یا دولومیت تشکیل شده‌اند.

سنگ رسوبی آلوکمیکال

سنگ‌های رسوبی آلوکمیکال، مانند بسیاری از سنگ‌های آهکی و چرت‌ها، از قطعات جامد غیرذره‌ای رسوب‌شده (آلوشیمی) تشکیل شده‌اند که قبل از رسوب‌گذاری به‌عنوان کلاس‌های غیرخاک‌زا، تحت تاریخچه‌ای کوتاه از حمل و نقل و سایش قرار می‌گیرند. به عنوان مثال، قطعات پوسته آهکی یا سیلیسی و oöids هستند که دانه‌های کروی کربنات کلسیم با لایه های متحدالمرکز هستند.

سنگ های رسوبی ارتوکمیکال

اگر یک سنگ رسوبی مستقیما از ته‌نشینی رسوبات موجود در محلول‌ها (بدون آنکه حمل و نقل شود) رسوب کند، ارتوکمیکال نام می‌گیرد. یک مثال قابل درک از این مورد، ته‌نشینی نمک از آب دریاچه های نمک است. این سنگ‌ها در واقع حاصل تبخیر آب از محلول ها یا سیالات فراسیر شده (فوق اشباع) هستند. سنگ نمک یک سنگ رسوبی ارتوکمیکال است که به طور مستقیم، از تبخیر آب دریاچه نهشت کرده است؛ بدون آنکه آب دریاچه از محلی به محل دیگرمنتقل شده باشد. سنگ آهک، سنگ گچ (هالیت و انیدریت) و سازندهای آهن نواری را می‌توان در گروه سنگ‌های ارتوکمیکال جای داد. کلسیت، هالیت و گچ در محل رسوب در پاسخ به فرآیندهای ژئوشیمیایی تشکیل می‌شوند.

سنگ تراورتن را نیز می‌توان یک سنگ رسوبی ارتوکمیکال در نظر گرفت. زیرا از ته نشینی آهک در چشمه‌های آبگرم حاوی کلسیت (آهک) ایجاد می‌شود. تراورتن به عنوان یکی از محبوب‌ترین سنگ‌ های ساختمانی، استفادۀ فراوانی برای سنگ نمای ساختمان دارد.