BIDRAG TIL ØSTLANDSLEIRENES PETROGRAFI

Transkript

1 XORSK GEOLOGISK TIDSSKRIFT 35 BIDRAG TIL ØSTLANDSLEIRENES PETROGRAFI AV I. TH. RosEXQYIST I noen tidigere arbeider, (RosENQVIST, ), er det nevnt at østandseirenes eirmineraer i at overveiende grad hører ti hydrogimmergruppen. Lignende utsagn finner en også i noen arbeider av SELMER-OLSEN ( ). I Sverige og Finnand har bant annet BENGT CoLLINI (1950) og URPU SovER! (1951) funnet at hydrogimmermineraer besektet med de amerikanske iiter er het overveiende. Eksistensen av montmorionitmineraer i skandinaviske eirer har stort sett vært ansett som nedarvet fra pre-gasiae forvitringsjordarter. I et arbeid over forvitringsjordarter på Runde utenfor Åesund har EILIF DAHL (1954) beskrevet tistedeværesen av reativt store mengder montmorionit. Dette forhod er av ham toket som bevis for at Rundes ytterste deer ikke var nediset under siste istid. I et tidigere arbeid har MouM og RosENQVIST (1955) vist at det foregår forvitringsprosesser i våre kvartære eiravsetninger. Disse kjemiske forvitringsprosesser har i første rekke gitt seg ti kjenne ved at det frigjøres kaium fra eiravsetningens mineraer og at disse kai-joner igjen absorberes på de spesifikke eirmineraers overfate. (Fig ) I et foredrag ved Den Nordiske Geoogkongress i Gøteborg 1954 (RosENQVIST 1954), be spesiet forvitringen in situ, behandet, og det be da også nevnt at de undersøkte eirer fra Bryn ved Oso hadde et forbausende høyt innhod av adsorbert nikke. Tistedeværesen av disse adsorberte nikkemengder kunne ikke forkares annet enn ved å anta at en de nikkehodige mineraer var gått i oppøsning ved forvitringsprosesser og at nikkejonene som derved be frigjort, i sin tur be adsorbert av eirmineraene. Sev i de forvitrete eirer

2 106 I. TH. ROSENQVIST Konsistens Skjærfosthet I p s' s Torrskorpe Norma homogen teire Fig. 1. Karakteristisk tørrskorpeprofi. Wp = pastisitetsgrense; WL = fytegrense; W = naturig vanninnhod; S = skjærfasthet uforstyrret; S = skjærfasthet omrørt. hørte dog utvisomt det viktigste eirminera ti hydrogimmergruppen, og montmorionitmineraer har neppe forekommet i merkbare mengder. Senere undersøkeser utført på Norges geotekniske institutt i forbindese med ingeniør OLE KJØLSETHS arbeid over tørrskorpeeirenes fysikaske egenskaper har vist at det også i våre post-gasiae eiravsetninger kan forekomme mineraer tihørende montmorionitgruppen. Etter at ae geoogiske argumenter er tatt i betraktning, kommer en ti at disse montmorionitmineraer må være oppstått i jordarten etter at eirene var avsatt. Disse undersøkeser be utført på eirer fra Uevå hageby. Vi har foretatt semninger, DTA-anayser og ganske omfattende røntgenundersøkeser. Av de differensiatermiske kurver ser en tydeig i prøvene U 11- U 31 og U 32 at det finnes en eirekomponent som medfører endoterme reaksjoner ved ve 700 C. Denne endotcrme effekt svarer meget nær ti det vi har funnet for montmorionithodige eir bandinger fremstit ved aboratoriet. (Ved gjennomgåese av tidigere utførte DTA-kurver har det

3 BIDRAG TIL ØSTLA""DSLEIRE ES PETROGRAFI 1()7 Jybte m Spesifik vekt Kornforde!ing % \! c::, 1 t> \ \, i!j I r i \. V i \ It). ::; :(b Cb :::-.. ;<b 5 6 'Y i,f < 7 i 1\ r i i C::. \ tj> -- 7 ( f / 1 Fig. 2. Spesifikk vekt og korn fordeing av minerasu bstansen i eiren ved 'Ie vå.

4 ] 08 Dybde m,---r ( 20! 451 J.o! JJf, I. TH. HOSE);Q\'IST [ U22 UJI u 32 (IJ J25' i! " t L _L_ J - --L- L._ ----'-----"- o too 200" Joo ;,oo 500" 600" " 9oo tooo U32!21 U 51 U71 Fig. 3. D.T.:\.-kurvcr for eire i profier ved 'cvå.

5 BIDHAG TIL ØSTLANDSLEIEU\ES I'ETIWCHAFI ()() vist seg at svake antydninger ti tisvarende dcpnsjon også er funnet i andre tørrskorpdeirer). Ved røntgenografiske undersøkeser av finfraksjonen i eire U 32 som be utført des ved Sentrainstituttet for Industrie Forskning, des ved Universitetets geoogiske museum, har vi funnet at denne eire innehoder reativt store mengder av et hydrogimmerminera med ikke-eksp anderende gitter med en c-verdi på ca. 10 A. Dessuten både korit-mineraer og vermicuit-mineraer og et minera som i ufttørret tistand har en c-verdi som faer sammen med korit-vermicuitenes 14 ångstrømsinjc, men som ved gyserinbehanding ekspanderer ti16.8 A. Noen indikasjon på tistedeværese av kaoin be derimot ikke funnet. Da vi har iten erfaring i bestemmeser av montmorionitmincracr ved røntgenografiske metoder, kan vi bare ansagsvis angi at mengden av montmorionit må være: av størresesorden 1/10 ti 1 j5 av innhodet av hydrogimmerminera. Dette skue føgeig svare ti meom 2-5 % regnet i forhod ti den totae eirmengde, idet eiren etter DTA-kurven synes å ha ca. 25% hydrogimmer, regnet i forhod ti tota vekt og i at ca. 46 % materia finere enn 2 micron. Mengden av korit og vermicuit-mineraet vi hver for seg være av størresesorden det dobbete av montmorionitmengden, c.v.s. tisammen ca. havparten av hydrogimmermengcen. J. R. BUTLER (1954) har undersøkt bergartsforvitringens mineraogi og geokjemi i Nordmarkområdet nord for Oso. Han har undersøkt de jordarter som synes å være oppstått ved in situ forvitring av en rekke bergarter. For finfraksjonene i forvitringsmateriaet som dekker basaten ved Movatn, finner han at denne innehoder 35 % tak, 30 % korit og 20 % iit (hydrogimmer), samt 5-10% montmorionit og 5% kaoin. Han mener at koritmineraene har vært opphavet ti montmorionitmineraene. Det er verdt å merke seg at Buter særig fra andre okaiteter nevner at magnesium-nikkeforhodet avtar ved forvitring. I eiren som er oppstått ved Movatn sier han derimot at magnesium-nikkeforhodet fortsetter å være konstant mens nikke-kobotforhodet øker fra ved overgangen fra den friske bergart ti forvitringsjordartens finfraksjon. Dette er i overensstemmese med hva han eers har funnet andre steder og særig i Cornwa. Ved våre undersøkeser har vi ikke bestemt jordartens totainnhod av nikke, kobot og magnesium, men derimot har vi ved eiren fra Bryn bestemt

6 O I. TH. ROSENQVIST innhodet av adsorbert nikke, kobot og magnesium. Disse undersøkeser viste at mengden av adsorbert nikke i tørrskorpen (d.v.s. de øverste 312m ) gjennomsnittig svarte ti 48 g nikke pr. tonn tørr eire og i de underste eirmasser fra 4 m ti 11 m svarte ti 24 gjt. adsorbert eire. Det er et tydeig sprang ved ca. 3 Yz m dyp svarende ti underkanten av tørrskorpen. For magnesiums vedkommende fant vi at de øverste 3 Yz m gjennomsnittig hadde 180 g adsorbert magnesium pr. tonn eire, mens de underiggende eiravsetninger hadde en mengde på 540 g adsorbert magnesium pr. tonn eire. Også for magnesiums vedkommende var det et meget sterkt sprang meom de øverstiggende og underiggende eirer. Her var imidertid spranget ved ca. 3m, og verdien for prøven meom 3.20 og 3.30 viste ve så høyt magnesiuminnhod som de dypereiggende. Denne prøve er imidertid regnet med i gjennomsnittsverdien for tørrskorpeeirene. Kobot-nikkeforhodet var meget avt i ae prøver, sik at noen påiteig verdi ikke kunne oppnåes, men det synes ikke som om kobotmengden i de adsorberte joner noe sted utgjør mer enn ca. 5 % av nikkemengden. Derimot vet vi bant annet fra GoLDSCHMIDT's undersøkeser (1954 ) at de norske kvartære eirer ikke viser noe tota deficit på kobot. Det synes føgeig som om de nikkehodige mineraer eer minerakomponenter må ha forvitret på en måte som atskier seg fra den måte de kobotførende mineraer har forvitret og at nikkejonene som er oppstått ved forvitringen igjen med høy grad av effektivitet er bitt adsorbert ti eirmineraer. Dersom vi i overensstemmese med BuTLER antar at de montmorionithodige mineraer oppstår ved forvitring av koritmineraer, så synes en sik antagese meget naturig, idet ikheten meom strukturen for montmorionitmineraene og korit mineraene er ganske stor. I koritstrukturen har en et brusittag som binder to og to takignende ag sammen. Dersom dette brusittag fjernes, oppstår straks en montmorionitignende struktur. Da vi fra a geokjemisk erfaring vet at nikke erstatter magnesium isomorft, er det rimeig å regne med at nettopp koritmineraenes brusitt er bærere av en stor de av disse mineraers nikkeinnhod, og ved forvitring vi en få frigjort disse nikkemengder. Kobotinnhodet i eirene derimot finnes antageig vesentig i form av hornbende, pyrokscn og erts. I disse mineraer vi kobot inngå som erstatning for 2-verdig jern på grunn av den krystakjemiske rege om ike joneradier, poa-

7 BIDRAG TIL ØSTLANDSLEIRENES PETROGRAFI 111 Fig. 4. Diagramskisse for korittstrukturen. Omtegnet fra Grim. riserbarhet etc. Forutsetter en derfor at de kobothodige mineraer forvitrer vesentig angsommere enn de nikkehodige, vi en kunne forkare hvorfor det finnes mer nikke enn kobot som adsorberte joner. Likeedes er det sannsynig at den utpregete badige karakter korittmineraene besitter gjør at disse ved eirdannesen får stor overfate i forhod ti sin masse og derfor også anrikes i finsedimentene.

8 112. TH. IWSE\Q\"JST Ubytbore ko!joner, n f2 O O.sur.sfoff hydrok.sy e auminium 1 jtjrn, magnesium o og sjii.sium eer auminium Fig. 5. Diagramskisse for montmorionit. Omtegnet fra Grim.

9 BIDRAG TIL 8STLANDSLEIRE)IES PETROGRAFI 113 Dette er noe vi ve kjenner ti, og ved Råstoffaboratoriets undersøkeser i årene etter 1920 var det karagt at koriter forekom meget hyppig, særig i Trøndeagseirene og Vestandseirene. Våre undersøkeser har imidertid nå også vist at en de østandseirer kan ha et stort innhod av koritmineraer. I aminneighet har disse koritmineraer ikke gitt opphavet ti nevneverdige mengder montmorionit. Det synes som om denne omdannese er begrenset ti de koritmineraer som befinner seg i eirenes tørrskorper. En må derfor anta at eet er de spesifikke fysikaske og kjemiske forhod som har dannet tørrskorpene, som favoriserer omdannesen fra korit ti montmorionit. I det siterte arbeid over tørrskorpedannesen er det påpekt at det karakteristiske ved de norske eirers tørrskorpe ikke> i eet vesentige er et avt vanninnhod, men en høy skjærfasthet. Bare den aer øverste de av tørrskorpen har som rege vesentig nedsatt vanninnhod, mens skjærfastheten igger tydeig over det normae ned ti et dyp som oftest varierer meom 3 og 8 m avhengig av forskjeige geoogiske forhod. figur nr. hentet fra KJOLSETHs rapport vises et normaprofi gjennom østnorske eirers øvre de. Ett karakteristisk trekk ved tørrskorpeeirenc er at fargen oftest er mer brunig enn i de dypereiggende ag. Dette skydes åpenbart oksydasjonsfenomener og viser kart hen på nedadgående vannbevegesc. Det surstoffmettete regnvann har fått anedning ti å reagere med reduserte bestanddeer, først og fremst med ferro-sufid som gir våre vanige eirer deres karakteristiske båige farge, men også med andre er aktive komponenter. Ofte finner en også at panterøtter strekker seg ned ti forhodsvis store dyp i tørrskorpene, samtidig som disse ofte kan være gjennomsatt av et nettverk med fine sprekker. Disse sprekker behøver ikke å skydes uttørkningsfenomener, sik man tidigere har antatt, og de skydes heer ikke teedannesen ea de ofte finnes dypt under frostens maksimae nedtrengningsnivå. Etter a sannsynighet er en vesentig de av sprekkene oppstått på grunn av syneresefenomener fremkat av den økte Van der \Vaaske titrekning meom eirmineraene etter hvert som forvitring og joneutbytning har funnet sted. (Dette punkt bir nærmere behandet i et annet arbeid, RosENQVIST 1955). Da begrepet < tørrskorpe>> er så vekjent i Norge, er det mange norske geooger som har fått det inntrykk at det er et generet feno-

10 114 I. TH. ROSENQVIST men for ae eirer. Dette er imidertid ikke tifee. En behøver ikke gå mer enn utenfor den skandinaviske havøy før tørrskorpebegrepet er nesten ukjent. Såedes finnes de ikke ved de danske og engeske pre-kvartære eirer, heer ikke i Meom-Europa. Våre tørrskorper er et utpreget tegn på at de norske eirer ikke har innstiet seg i fysisk og kjemisk ikevekt men stadig undergår forandringer. Etter sin natur vi disse forandringer hovedsakeig finne sted i de deer av eiravsetningen der temperaturen tidevis er høyest. Hvor vidt tistedeværesen av kusyre og surstoffhodig vann er nødvendig for de kjemiske forandringer som finner sted under eirenes gradvise omdanning er ikke karagt. Det er heer ikke karagt hvoredes omdanningen finner sted i detaj. Etter Buter's mening omdannes fetspaten fra Oso-områdets basater og sannsynigvis også fra monzonittene ti hydrogimmer, d.v.s. han antar at det er de kakbetonte fetspater som kan gi opphavet ti hydrogimmermineraet, mens han åpenbart mener at de mer utpregete akai fetspater ikke har undergått en sik forandring. Denne oppfatning er for så vidt i overensstemmese med den kjensgjerning at basiske pagiokaser vitrer meget ettere enn akaifetspattene. Ved en sik forvitring må man forutsette fustendig nedbrytning av krystastrukturen og en fustendig nyoppbygning av hydrogimmermineraene. Det finnes ikke atomarrangementer i fetspatstrukturen som uten videre kan inngå i hydrogimmerstrukturen, sik en har ved forvitringen ved vanig gimmer. For så vidt er ikke Buter's antagese urimeig, idet jo ERIK NoRIN (1953) har funnet resent nydannet hydrogimmer i bunnsedimentene i Det Thyrenske hav. Som en konkusjon på denne artikke kan vi sette at kvartære norske eirer undergår en stadig kjemisk forandring. Denne forandring søker å bringe eirenes mineraer i kjemisk ikevekt med den omgivne væskefase. Under disse forhod omdannes tørrskorpeeirenes koritmineraer i retning henimot montmorionit. Som edd i denne forvitringsprosess frigjøres en stor de av siikatmineraenes nikke joner, og disse adsorberes igjen ti eirmineraenes overfate. Det vi være avhengig av denne opprinneige eires korittinnhod hvor vidt tørrskorpene ska få nevneverdige mengder montmorionit. Omvandingen er sannsynigvis sterkt temperaturavhengig.

11 BIDRAG TIL ØSTLANDSLEIRENES PETROGRAFI 115 SUMMARY It has been generay assumed that the cay mineras in the quaternary eastern Norwegian cays are mainy beonging to the hydrous-mica group. The sporadic existence of montmorionite in the young Scandinavian cays is assumed to be inherited from pregacia sediments. By examination of the upper crusts of eastern Norwegian cays, be means of D.D.A. and X-ray technique, minor a.mounts of montmorionite are found. It is cacuated that the montmorionite has originated from choritic mineras by means of specific weathering processes. It is further found that the amount of adsorbed nicke ions in the upper crust shoud not be negected, whereas the ower-ying cays have much ess adsorbed nicke. As average vaues in a certain profie 48 g Qf adsorbed nicke per ton ea y is found in the uppermost 3 Yz m and 24 g beow this depth, the adsorbed cobot content is very ow a through the profie. In the upper crust the amount of exchangeabe magnesium was found to be 150 g per ton cay, whereas in the underying cay the average amount was 540 g per ton. It is concuded that the quaternary eastern Norwegian cays are under-going continuos chemica aterations. These processes are mainy active in the upper crust. The amount of montmorionite formed wi depend upon the intensity of the weathering and the chorite content in the primary cay. In most cases this content is ow. LITTERATURHENVISNINGER BUTLER, J. R. The geochemistry and mineraogy of rock weathering. (2) The Nordmarka area, Oso. Geochimica et Cosmochimica Acta. Voume 6, p CoLLINI, B. (1950). Om våra kvartara erors mineraogiska sammansatting. Geoogiska foreningen i Stockhom. Forhandingar, vo. 72, no. 2, pp DAHL, EILIF. \Veathered Gneisses at the Isand of Runde, Sunnmøre, West Norway and their Geoogica nterpretation. Nytt Mag. f. Botanikk GoLDSCHMIDT, V. M. (1928). Om dannesen av ateritt som forvitringsprodukt av norsk abradorsten. Festskrift ti H. Sørie, pp Oso, A. W. Brøgger. Geochemistry, Oxford 1954.

12 116 I. TH. ROSENQVIST GRIM, R. Cay Mineraogy. McGraw-Hi, London K;øLSETH, OLE. Tørrskorpeeirens fysikaske egenskaper. Laboratorieundesøkeser. K.G.I. rapport F \fouM, ]. og RosENQVIST, I. TH. Kjemisk bergartsforvitring beyst ved en de eirprofier. Norsk Geoogisk Tidsskrift ::\ORIK, E. (1953). Occurence of authigenous iitic mica in sediments of the Centra Tyrrhenian Sea. Buetin of the geoogica institute of Uppsaa,. vo. 43, pp RosENQVIST, I. TH. (1942). Om norske eirers petrografi. Meddeeser fra vegdirektøren, no. 2, pp (1949). En ny metode ti bestemmese av innbyrdes mengdeforhod meom visse finkornige mineraer. Norsk geoogisk tidsskrift, vo. 28,. pp Adsorberte katjoner i et eirprofi ved Oso. Geoogiska foreningens forhandingar, bind 76, 1954, s Investigations in the Cay-Eectroyte-Water System. Norges geotekniske institutt. Pub. nr. 9, RovE, O. N. (1926). Undersøkese over norske erer. VI. Petrografiske undersøkeser. Oso. Statens råstoffkomite. Pubikasjon, no. 23, pp SEL IER-0LSEN, R. (1953). About the pastic properties of the Norwegian quarternary cays. Internationa conference on soi mechanics and foundation engineering, 3. Zurich, Proceedings, vo., pp (1954). Om norske jordarters variasjon i korngradering og pastisitet. Norges geoogiske undersøkese, no SoVER!, U. (1951). Differentia therma anaysis of some quarternary cays of fennonscandia. Annaes acadimiæ scientiarium fennicæ, Series A, III, no. 23. Manuskript mottatt 23. februar, Trykt, november 1955.