Geologi

På denne berømte geologiske lokalitet, Siccar Point i Skotland, ses hvordan røde sandstenslag fra Devon overlejrer en deformeret lodretstillet grå lagserie fra Silur; lagene adskilles af en vinkeldiskordans, som markerer en hiatus, en periode uden aflejringer mellem den kaledoniske bjergkædefoldning, som drejede de grå lag til lodret, og aflejring af den røde sandsten; hele lagserien er siden da vippet en smule, så den røde sandsten nu hælder svagt.

Geologisk kort over Europa fra 1875; forskellige geologiske dannelser er vist med forskellige farver.

Vulkanudbrud på øen Matua i Kurilerne fotograferet i sommeren 2009 fra rummet.

Geologi (tidligere kaldet geognosi) er en geovidenskab, der som emne har den faste jordklode med dens bjergarter og jordarter, og disses sammensætning, dannelse og omdannelse gennem tiden. Geologi beskæftiger sig med jordklodens materialer (fx: granit, marmor, basalt, sandsten eller moræne), med de processer som danner materialerne (her tilsvarende: krystallisation ved størkning af magma, metamorfose af kalksten, vulkanudbrud, aflejring i havet, aflejring fra en gletsjer) og med de lange tidsrum, gennem hvilke processerne virker. Indenfor geologien studeres også solsystemets klippeplaneter og måner, fx Mars og Månen. Den geologiske videnskab overlapper de andre geovidenskaber, fx hydrologi, geofysik og meteorologi, samt biologi, gennem underdisciplinen palæontologi, studiet af fortidens dyr og planter.

I deres videnskabelige arbejde benytter geologer sig af en række forskellige metoder og faglige angrebsvinkler, som ofte tager udgangspunkt i underdisciplinerne

• petrologi, dvs materialernes sammensætning (fx kornstørrelsesfordeling eller kemisk opbygning),
• strukturgeologi, dvs den overordnede opbygning (fx lagdeling, laghældning, foldning eller forkastning, fx som følge af jordskælv) eller
• geomorfologi, dvs den form som materialerne fremtræder med i landskabet (fx klitter og klinter dannet for nylig, dødislandskaber eller hedesletter dannet under istiderne, og på en større både geografisk og tidsmæssig skala fx dannelse af bjergkæder og pladetektonik).

Almindelige geologiske arbejdsmetoder er fx kortlægning i felten, udførelse af boringer med prøvebeskrivelse, samt mekaniske og kemiske analyser, geofysiske målinger (fx seismik eller borehulslogging) og numerisk modellering. Det grundvidenskabelige arbejde har ofte enten til formål at opnå en bedre forståelse af de geologiske processer eller nå frem til en mere detaljeret forståelse af den historiske geologi og Jordens historie, dvs kunne redegøre for rækkefølgen og alderen af de forskellige geologiske dannelser. Her spiller metoder til datering en vigtig rolle, enten relativt vha fossiler eller årringe eller absolut vha radioaktivt henfald eller luminescens.

Langt de fleste landes universiteter har geologiske forskningsinstitutter, og de fleste lande har desuden nationale geologiske undersøgelser, i Danmark under navnet GEUS, som typisk tager sig af kortlægning af råstoffer, grundvand, sårbar natur og følger af klimaforandringer. De fleste geologer arbejder dog inden for anvendt geologi, hvor geologisk viden og forståelse anvendes ved praktiske, kommercielle aktiviteter såsom råstofefterforskning og -indvinding eller industriel forarbejdning af geologiske materialer, i dansk sammenhæng fx grusgravning, indvinding af kalk til jordforbedring eller cementproduktion, eller indvinding af grundvand eller nordsøolie, samt ved geotekniske eller miljøtekniske undersøgelser i forbindelse med bygge- og anlægsvirksomhed.

Etymologi

Ordet "geologi" kommer af geo- (fra græsk γῆ, gē = "jord") og -logi (fra græsk -logia = "lære, samling"), dvs. "læren om jorden".

Materialer

Geologiske undersøgelser vil ofte tage udgangspunkt i de geologiske materialer, hvadenten det er hårde sten og klipper, kaldet bjergarter, eller blødere og løsere lag af fx ler, sand, kalk eller organiske materialer som tørv eller gytje, under ét kaldet jordarter. Både bjergarter og jordarter er opbygget af korn bestående af mineraler, hvori forskellige grundstoffers atomer er arrangeret yderst regelmæssigt i et krystalgitter. Bjergarter og jordarter kan derfor opfattes som blandinger af forskellige typer mineralkorn i forskellige mængdeforhold, og sammensætningen af bjergarter og jordarter kan følgelig variere meget mere end sammensætningen af mineraler.

Mineraler

Mineralsk guld fra Venezuela.

Kvartskrystaller fra Tibet.

Tyndslib af gabbro, en plutonsk bjergart bestående af plagioklas (hvid- og gråstribede aflange korn) samt olivin og pyroxen (større farvede korn). Det store blå korn er 1,6 mm langt.

Mineralerne kan betragtes som de mindste geologiske byggesten. I et bestemt mineral er et bestemt udvalg af grundstoffer til stede i et bestemt mængdeforhold, i kvarts, med formlen SiO₂, således silicium og ilt i mængdeforholdet Si:O = 1:2. Den meget regelmæssige opbygning af atomer i et mineral gør, at et bestemt mineral danner krystaller af en bestemt geometrisk form, som fx kan være kubisk, trigonal eller hexagonal, altså hhv terningformet, trekantet eller sekskantet.

Oversigt over almindelige mineraler i jordens skorpe

Mineral	Formel	O:(Si+Al)	Fe:(Si+Al)	Hyppighed (%)
olivin	(Fe,Mg)2SiO4	4	< 2	< 3
pyroxen	(Fe,Mg,Ca)SiO3	3	< 1	11
ambifol	(Ca,Mg,Fe,Al)7Si8-6Al0-2O22(OH)2	2,75	< 0,88	5
glimmer	(K,Na,Ca)2(Mg,Fe,Al)4-6(Si,Al)8O20(OH,F)4	2,5	< 0,75	5
plagioklas	NaAlSi3O8 til CaAl2Si2O8	2	0	39
alkalifeldspat	KAlSi3O8 til NaAlSi3O8	2	0	12
kvarts	SiO2	2	0	12

Et bestemt mineral er kendetegnet ved en række fysiske egenskaber, som kan afprøves på forskellig vis:

• Glans: hvor meget lys reflekteres fra mineralets overflade; man skelner også mellem ikke-metallisk og metallisk glans
• Farve: kan veksle fra glasklar til ugennemsigtig (opak), i alle mulige farver; mineralske urenheder kan ændre farven
• Stregfarve: den farve som fås når mineralet stryges mod en ru porcelænsplade
• Hårdhed: mineralets modstandsdygtighed mod at blive ridset; måles i Mohs' hårdhedsskala
• Spaltelighed: hvor let mineralet kan kløves langs sine spalteflader, og hvor mange forskellige retninger det kan kløves i, og hvorledes disse flader fremtræder
• Massefylde: hvor tungt er mineralet, målt i g/cm³
• Brus: visse mineralers overflade bruser, når man hælder saltsyre på, fx calcit
• Magnetisme: magnetiske mineraler kan testes med en magnet
• Smag: visse mineraler har smag, hvis man putter dem på tungen, fx stensalt
• Lugt: visse mineraler har en karakteristisk lugt.

Desuden kan de fleste mineraler identificeres ud fra deres optiske egenskaber vha gennemfaldende lys. Dette undersøges typisk ved brug af tyndslib, hvor udsavede bjergartsstykker slibes ned til en tykkelse på typisk 30 mikrometer, hvorved mineralkornene bliver gennemsigtige. Tyndslibet lægges i et mikroskop og belyses nedefra med polariseret lys. Vha endnu et polfilter placeret over tyndslibet og vinkelret på det nedre polfilter kan mineralerne nu identificeres bl.a. ud fra deres dobbeltbrydning.

Bjergarter og jordarter

Flowdiagram over sammenhæng mellem sedimentære, magmatiske og metamorfe bjergarter; pilene symboliserer processer, som omdanner materialerne.

Granit består af mineralerne alkalifeldspat (rød), plagioklas (lysegrøn) og kvarts (grå), samt små mængder biotit (sort).

Alle bjergarter kan inddeles i tre overordnede grupper:

• magmatiske bjergarter er dannet ved, at opsmeltet stenmasse, magma, er størknet, enten på stor dybde i jordens skorpe (plutoniske bjergarter) eller ved jordoverfladen (vulkanske bjergarter); fx granit eller basalt
• metamorfe bjergarter er dannet ved omdannelse under højt tryk og temperatur dybt i jordens skorpe af andre bjergarter; fx gnejs eller marmor
• sedimentære bjergarter, som også omfatter de blødere jordarter, er dannet ved aflejring på jordens overflade eller havbunden af sedimentpartikler; fx kalksten, sandsten, moræneler eller tørv.

Sammenhængen mellem de forskellige overordnede grupper fremgår af diagrammet til højre. Det ses hvordan de forskellige typer bjergarter kan omdannes til hinanden ved forskellige processer, og hvordan disse processer bevirker, at materialerne gennem tid vil kunne gennemløbe en geologisk cyklus, fx på denne måde: en magmatisk bjergart, fx granit, løftes i vejret ved en bjergkædefoldning; ved forvitring og erosion nedbrydes bjergarten til sedimentpartikler; disse partikler aflejres som sedimentære bjergarter, fx sand og ler; disse dækkes med yngre sedimenter og begraves efterhånden så dybt, at de pga højt tryk og temperatur omdannes til metamorfe bjergarter, fx glimmerskifer eller amfibolit; når disse bjergarter føres endnu dybere ned i skorpen, vil de tilsidst begynde at smelte op og omdannes til magma; senere kan dette magma igen stige til vejrs og begynde at udkrystallisere som en magmatisk bjergart. Hermed er ringen sluttet.

Processer

Siden Jorden blev dannet for næsten fem mia. år siden, da en roterende sky fortættedes til en kugle af fast stof, er dette stof i hele den efterfølgende tid konstant blevet udsat for forandringsprocesser, af to forskellige drivkræfter eller energier. Dels en indre, eller endogen, nemlig radioaktiv stråling i Jordens indre, en stråling hvis varme smelter sten, fremkalder vulkanisme, flytter kontinentalplader rundt og presser bjergkæder i vejret. Dels en ydre, eller exogen, nemlig Solens stråling, som skaber strømning i atmosfæren og verdenshavene og frembringer nedbør, som står bag nedbrydning af bjergene og transport og aflejring af det herved fremkomne sediment.

Indre processer

Det er radioaktivt henfald af kalium, uran og thorium, som frembringer den endogene energi. Energien varmer kappens materiale op, så det bringes til at cirkulere i store konvektionsceller, hvor det nogle steder stiger til vejrs og andre steder synker ned. Opstigende smelte, eller magma, vil kunne dels presse, dels smelte sig vej frem mod jordens overflade, hvor det kan komme til syne i form af vulkaner. Det meste af den opstigende magma forbliver dog under overfladen, hvor det kan presse sig ind i og opsprække overliggende faste lag og danne sværme af mere eller mindre stejle intrusive gange, eller trænge ind langs vandrette sprækker, løfte lagene op og udfylde hulrummet med magma, i såkaldte batholiter. Når tilstrømningen af magma standser, begynder magmaet langsom at størkne, og bliver herved til en plutonisk bjergart.

Den såkaldte Bowen reaktionsserie beskriver, hvordan forskellige mineraler dannes i en smelte som afkøles.

De første mineraler som udkrystalliserer sig fra smelten er dem med højest smeltepunkt, typisk olivin. I takt med den faldende temperatur begynder nu også pyroxen, og dernæst plagioklas, alkalifeldspat og til sidst kvarts at udkrystallisere. Mens denne bjergartsdannelse står på, vil smelten gradvist komme til at indeholde en større og større andel af mineralkorn, på bekostning af den flydende smelte, som til gengæld skifter kemisk sammensætning, i takt med at mineralkornene dannes og ganske langsomt synker til bunds i det magmafyldte kammer. Den tilbageværende restsmelte vil have en helt anderledes kemisk sammensætning end det oprindelige magma, og vil ofte være beriget på sjældne grundstoffer, som er svære at indplacere i de almindelige mineraler. Derfor er plutoniske bjergarter dannet fra restsmelter ofte interessante med henblik på indvinding af malme, fx ædelmetaller eller Sjældne jordarter. Kryolitforekomsten ved Ivittuut i Sydgrønland er et eksempel på en restsmelte rig på fluor.

Geologiske fagdiscipliner

• Sedimentologi og bassingeologi – Sedimenter er bl.a. grus, sand og ler, der dannes ved forvitring og erosion af ældre bjergarter
• Kvartærgeologi – Kvartærperioden omfatter de sidste ca. 2,5 millioner år af Jordens historie, og var en periode præget af meget
• Palæontologi – Palæontologer studerer livets udvikling fra dets opståen og frem til i dag
• Hydrogeologi – Hydrogeologi handler om forekomsten, bevægelsen og kvaliteten af vores grundvand
• Mineralogi – Mineralogi er studiet af mineraler og lignende syntetiske materialer, deres dannelse, forekomst, struktur
• Geologisk anvendt geofysik – Seismik er en geofysisk metode, hvor undergrunden kan kortlægges via måling af udbredelsen
• Petrologi – Petrologi er videnskaben om forekomsten og dannelsen af bjergarter
• Geokemi – Geokemi beskæftiger sig med undersøgelser af de kemiske processer, der bestemmer vores verdens
• Geomorfologi – Geomorfologi beskæftiger sig med landskabsformer og de landskabsdannende processer, der finder sted på jordens overflade
• Vulkanologi – vulkanologien beskæftiger sig med vulkanernes processer.
• Ingeniørgeologi - den praktiske anvendelse af geologisk viden i forbindelse med bygge- og anlægsopgaver

Se også

• Jordens historie
• Jordens alder
• Geologisk tidsskala
• Danmarks geologi
• Bornholms geologi
• Grønlands geologi
• Palæontologi
• Jordbundslære
• Landskabsform
• Geologisk aflejring
• Sten og jordtyper
• Evolution
• Exogeologi – andre himmellegemers geologi
• Geografi
• Geofysik

Litteratur

• Arne Noe-Nygaard (1955): Geologi - Processer og Materialer, Gyldendal, 399 sider.
• Frank Press og Raymond Siever (1974): Earth, W.H. Freeman & Co, 649 sider, ISBN 0-7167-0289-4.
• Jens Galsgaard (1998): Indføring i Sedimentgeologi, Dansk geoteknisk Forening, Bulletin 12, 154 sider, ISBN 87-89833-06-6.
• Niels Henriksen (2005): Grønlands geologiske udvikling, GEUS, 270 sider, ISBN 87-7871-163-0.
• Gunnar Larsen (red., 2006): Naturen i Danmark. Geologien, Gyldendal, 549 sider, ISBN 87-02-03027-6 (2. udgave 2012, 552 sider, ISBN 978-87-02-13301-1).

Eksterne henvisninger

Wikimedia Commons har medier relateret til: Geologi

• GEUS - De Nationale Geologiske Undersøgelser for Danmark og Grønland
• Geologi-Geoscience – Københavns Universitet
• Institut for Geoscience, Aarhus Universitet
• Geologiens 10 største opdagelser
• Tidsskriftet Geoviden, på geocenter.dk
• Dansk geologisk Forening