Sedimentne stijene prekrivaju oko tri četvrtine kopnene površine Zemlje

Čvrste materijale od kojih je sastavljena Zemljina kora zovemo zajedničkim nazivom stijene. Najveći dio stijena skriven je ispod tla i vegetacije, a vidimo ih izložene na površini najčešće kada promatramo vulkane ili granitne planine. Stijene su vrlo raznolike zahvaljujući geološkim procesima koji su trajali milijunima i milijardama godina tijekom kojih su se oblikovale. Proučavanjem stijena, njihovim nastankom i sastavom bavi se grana geologije koja se naziva petrologija.

Vrste stijena

Prema načinu kako su oblikovane, stijene se mogu podijeliti na eruptivne, metamorfne i sedimentne. Uz ove, stijenama se pribraja i maleni broj meteorita podrijetlom iz svemira. Eruptivne stijene su nekoć bile rastaljene i podijeljene su na efuzivne ili vulkanske, koje su oblikovane na Zemljinoj površini (npr. lava), intruzivne ili plutonske, nastale ispod površine Zemlje (npr. granit), odnosno žične koje nastaju u pukotinama plitkih dijelova Zemljine kore. Eruptivne stijene u osnovi čine cjelopkupnu oceansku koru.

Metamorfne stijene nastaju iz bilo koje vrste otprije postojećih stijena, a probražavaju ih toplina i tlak (npr. škriljavac, gnajs i pješčenjak). Iako se najveće metamorfoze događaju duboko ispod površine Zemlje, promjene se ponegdje mogu vidjeti i na samoj površini.

Sedimentne stijene nastaju iz taloga, pod utjecajem vremenskih prilika, erozije, rastvaranja, prijenosa čestica, biokemijskog taloženja i stvaranja naslaga. Općenito ih se može podijeliti na one što ih prenosi voda, vjetar ili gravitacija. Kopnene naslage uključuju taloženje u rijekama i jezerima, organske naslage (npr. ugljen) i ostale naslage nastale snažnim djelovanjem vremenskih prilika ili vulkanskim taloženjem. Morske naslage uključuju one koje su oblikovane procesom taloženja zrno po zrno, odnosno biokemijskim taloženjem. Sedimentne stijene prekrivaju oko tri četvrtine kopnene površine Zemlje.

Sedimentne stijene

Sedimenti su se na Zemljinoj površini nakupljali unazad najmanje 3,8 milijardi godina. Sloj po sloj, odijeljeni razinama naslaga, nakupljeni u kronološkom slijedu tako da je uvijek najstariji sloj na dnu. Duboko ukopani, zbijaju se u stijenu (litificiraju), koju nazivamo sedimentnom stijenom. Takva stijena ponekad biva zahvaćena presavijanjem ili rasjedanjem, uslijed čega ponovno „izlazi“ na površinu. Ovaj proces prvi je primjetio danski pionir geologije Nicolaus Steno tijekom 17. st. On je dokazao načelo superpozicije – izvornu položenost naslaga sedimentnih stijena jedna povrh druge. Također je potvrdio da ukošene i izobličene naslage nastaju poslije nanošenja (sedimentacije), a uslijed pomaknuća zbog Zemljinih kretanja te dokazao da su fosili ostaci nekad živih organizama.

Zbog različitosti Zemlje i povezano s tim različitim vrstama taloga, vrste sedimentnih stijena su mnogobrojne. U Zemljinim su stratigrafskim „zapisima“ sačuvani pijesak i blato iz prastarih rijeka, pustinja i mora, zajedno s naslagama koje se dovode u vezu s ledenjacima i vulkanima. Izvorni talog se uglavnom sastoji od minerala i ulomaka stijena koje su pretrpjele vremenske prilike, eroziju i prenošenje vodom (npr. pješčenjak), vjetrom (npr. lapor), pokretima ledenjaka i masa (npr. tilit), a tu su i biokemijsko djelovanje (npr. vapnenac) te hlapljenje (solne naslage).

Kada su jednom položeni, sedimente mogu promijeniti različiti procesi. Voda biva istisnuta, uglavnom uslijed stvrdnuća, a u daljnjim se promjenama (tijekom vremena), meki talog preobražava u tvrde, lomne i slojevite stijene, kao što su pješčenjak, vapnenac i škriljavac.

U širem smislu, sedimentne stijene dijele se na klastične (one u komadima) te na kemijske i biokemijske naslage. Klastične stijene se dijele dalje prema veličini zrna, od najkrupnijeg – konglomerati, do najfinijeg – škriljaca, a svrstavamo ih u tri grupe: krupnozrnate, srednjozrnate i sitnozrnate. Čestice škriljca manje su od 0,004 mm, nešto veći je silt (od 0,004 do 0,063 mm), kojeg slijede pješčenjak (od 0,063 do 2 mm) te valutičnjak (konglomerat) i kršnik (breča) kao najkrupnije sa zrnima od 2 do 256 mm. Razlika između breče i konglomerata je u tome što breča ima oštra zrna, dok konglomerat ima zaobljena zrna što upućuje na zaključak da se sediment duže transportirao.

Klastične sedimentne stijene nastaju od već postojećih stijena koje su tijekom duljeg razdoblja bile izložene različitim oblicima mehaničkog trošenja (npr. uslijed smrzavanja vode u pukotinama kada se pukotina širi i puca ili u prostorima izrazitih dnevnih temperaturnih amplituda).

One pak kemijskog i biokemijskog podrijetla (kemogene i biogene) svrstavaju se po kemijskom sastavu. Kako vrlo često ne možemo običnim petrografskim mikroskopom razlikovati biokemijske i kemijske sedimentne stijene, iz praktičnih razloga svrstavamo ih u istu kategoriju. Kemogene stijene se formiraju precipitacijom, tj. izlučivanjem iz zasićene vodene otopine, a djelimo ih na neevaporitne (karbonatne, silicijske i fosfatne) te evaporitne (gips, anhidrit i halit). Biogene stijene sastoje se od materijala proizvedenih živim organizmima, pa uključuju karbonatne minerale stvorene djelovanjem organizama poput koralja, mekušaca i foraminifera, koji prekrivaju oceansko dno s naslagama kalcita koji kasnije može formirati vapnenac. Ugljen je također biokemijska sedimentna stijena. Najčešća biogena sedimentna stijena u Hrvatskoj je vapnenac.

Vapnenac

Nakon pješčenjaka, vapnenac je druga po redu najčešća stijena na kopnenoj Zemljinoj površini. Unutar kontinentalne kore oblikuje prostrane, debele, višestruke slojeve, a sadrži karbonatne minerale, posebno kalcit (50 ili više posto). Minerali se za vrijeme litifikacije ponovno kristaliziraju u tvrdu i lolmnu stijenu. Karbonatna sedimentacija često sadrži životinje i biljke, a posebno mikroorganizme. Oni kemijski mijenjaju mjesni okoliš, preobražavajući sitne karbonatne kristale (obično mineral aragonit) u karbonatno blato na plitkom morskom dnu. Široki raspon organizama, od mikroskopskih jednostaničnih foraminifera do graditelja grebena (poput koralja) i divovskih kralježnjaka (npr. dinosaura i kitova), uzimao je kacij iz svojih okruženja i njime izgrađivao svoje školjke i kosti. Poslije smrti, karbonatni ostaci se mogu nakupiti u dovoljnim količinama da oblikuju sedimente kao što je blato na morskom dnu i vapnenac grebena. U plitkim tropskim morima s visokim stupnjem isparavanja, karbonat se može nataložiti i izravno na morsko dno. Ondje struje unaokolo valjaju karbonatno zrnje koje srašćuje, poput malih snježnih gruda promjera do nekoliko milimetara, oblikujući karbonatni pijesak nazvan ooliti, koji se poslije litificira i tvori stijene.

Karbonati plitkih tropskih mora izgrađuju najvažnije naslage vapnenca. U prošlosti, takva su mora preplavila velike dijelove kontinenata, izgradivši goleme grebene i s njima povezane sedimente vapnenca. Primjerice, za vrijeme donjeg karbona, prekrivala su većinu prastarog kontinenta Laurencije (danas je to otprilike Sjeverna Amerika), a i Europe. Stijene vapnenca mogu se otopiti pa oblikovati krš i špiljska obilježja, a onda prilikom hlapljenja, ponovno se natalože. U Hrvatskoj tipični krški reljef čine karbonatne stijene mezozojske starosti, a područje prekriveno vapnencima i dolomitima obuhvaća najveći dio Hrvatske.

Pogledajte vrlo kratki, ali izrazito ilustrativni video zapis o nastanku vapnenca i njegovoj eroziji prilikom čega nastaje reljef koji nam je vrlo poznat: