Grå – men langt fra kjedelig

Gneis er den vanligste bergarten i kongeriket. Den finnes i mange farger og former, forteller om hvordan landet ble til og har et bredt bruksområde.

For evig og alltid vil gneis være den mest vanlige bergarten i Norge. Det er fordi vi finner denne «gråsteinen» i alle grunnfjellsområdene, så vel som i kaledonske skyvedekker og kaledonske intrusjoner.

Gneis er imidlertid ikke synonymt med det uvitenskapelige begrepet «gråstein». Gråstein er ikke noe annet enn den folkelige betegnelsen på en bergart med grå overflate. Og gneis er så mye mer enn en grå stein. La oss derfor først bli enige om hva gneis er.

I Norsk Geologisk Ordbok (2013) finner vi denne definisjonen: «foliert eller båndet, omdannet bergart som vanligvis består av mineralene kvarts, feltspat, [det mørke glimmermineralet] biotitt og/eller [det mørkegrønne til svarte mineralet] hornblende. Bånd med lyse, likekornete mineraler veksler med bånd hvor mørke, plateformede mineraler er fremtredende».

Gneis er altså en omdannet – metamorf – bergart som vi kjenner igjen fordi den har en spesiell tekstur. Vanlige typer er båndgneis, åregneis og øyegneis. Andre er glimmergneis og granatgneis der bergarten tar navn etter fremtredende mineraler. Her ligger også forklaringen på at gneis ikke er «grå og kjedelig». Den opptrer i stedet i en mengde forskjellige varianter med ulike farger og mønstre.

Små og store folder er vanlige og gir gneisen ekstra fine former. Foldene er altså et uttrykk for at bergartene gikk over til å bli plastiske da de ble utsatt for voldsomme påkjenninger dypt nede i jordskorpen.

Gneis kan være omdannet fra både sedimentære og magmatiske bergarter.

Gåtefulle bergarter

Det var først på 1900-tallet, med god hjelp fra forsøk i laboratorier, at geologene forstod at metamorfose innebærer komplekse kjemiske reaksjoner, der gamle mineraler omdannes til nye, samt at mineralene endrer form og orientering. Da platetektonikken ble introdusert på 1960-tallet, ble det med ett også mulig å forstå hvorfor og hvordan metamorfe bergarter har blitt dannet.

711x474_Gneiskart

Gneis finner vi hovedsakelig i grunnfjellsområdene, men også i skyvedekkene. Dette forenklete berggrunnskartet viser at vi i Norge i all hovedsak skillet mellom grunnfjell fra urtiden (grå farger), prekambriske skyvedekker med sedimentære bergarter (lys gul), kaledonske skyvedekker fra sen paleozoikum (mørk grå farge, samt blå og grønn farge), Oslofeltet med både kambro-siluravsetninger og permiske dyp- og dagbergarter (fiolett), samt Devonbassengene på Vestlandet (skarp gul farge). De skarpe, rød fargene representerer intrusjoner fra kaledonsk tid (kambro-silur). Mye av dette er granitter, og mange av dem har blitt omdannet til gneis (granittisk gneis). Kartografi: Arne Solli, NGU

Knadd og formet

Gneis er en metamorf bergart. Ordet «metamorf» betyr å endre form (gresk: meta = endre, morf = form), og det er dette som skjer når bergarter utsettes for økende trykk og temperatur. Dertil kommer de endringene som skjer når fluider med oppløste mineraler (hydrotermale løsninger) sakte flyter gjennom bergartene.

Metamorfosen fører til at både teksturen og mineralene i den opprinnelige bergarten endres.

– De teksturelle endringene betyr at mineralene rekrystalliserer og blir større, samt at mineralene reorienteres slik at de blir liggende vinkelrett på trykket. Konsekvensen er at den omdannete bergarten blir båndet, forteller Arne Solli, erfaren berggrunnsgeolog ved Norges geologiske undersøkelse (NGU).

– Med unntak av at vann drives ut, endrer metamorfosen i seg selv ikke den kjemiske sammensetningen av bergartene. Mineralene inngår likevel nye forbindelser som er stabile under de nye trykk- og temperaturbetingelsene, forklarer Solli.

Arne Solli har sett mer gneis enn de fleste. På kontoret hans ligger bunker med kart og hauger med stein. Slik det skal se ut på arbeidsplassen til en ekte feltgeolog. Han hører med til en edel rase som siden 17-1800-tallet har benyttet lange somre til å identifisere bergarter, gjøre observasjoner og sette sammen et komplisert puslespill kalt «Norges berggrunn». Sluttproduktet er fargerike kart med en tilhørende modell for den geologiske utviklingen.

Solli bretter ut et geologisk kart over hele Norge i skala 1: 2 000 000. Det er signert Arne Solli og kollega Øystein Nordgulen. Resultatet av et langt liv med gneis, granitt, marmor og utallige andre typer stein.

Du ser at forskjellige sjatteringer i gul, brun og rød er vanligst. Den betyr at gneis dominerer berggrunnen her i landet, konstaterer geologen.

“Best i øst – verst i vest”

Gradvise endringer

I sedimentbassengene på norsk sokkel, hvor trykket og temperaturen er lavere enn henholdsvis 2 kilobar og 200˚C, snakker vi om litifisering (gresk: litho s= stein), forsteining eller diagenese gjennom sammenpressing, sementering og rekrystallisering. Lavgradsmetamorfose betinger at temperaturen ikke overstiger ca. 300˚C, mens høygradsmetamorfose krever temperaturer høyere enn 500˚C

Til gneis skal du bli

Tenk deg et sediment bestående av leire. Slik som havbunnen på store deler av norsk sokkel. Etter hvert som tiden går blir laget med leire overlagret av yngre sedimenter og synker stadig dypere ned.

Leiren blir til leirstein (eng: claystone) ved at vann presses ut. Sedimentet blir tydelig lagdelt fordi leirmineralene blir presset til å ligge flatt. Men så lenge bergarten er en del av sedimentbassenget, må vi kalle den leirstein uansett hvor dypt den har blitt begravd. Metamorfosen – slik geologene definerer begrepet – starter ikke før temperaturen og trykket når enda høyere nivåer

Hvis sedimentbassenget blir en del av en fjellkjededannelse, og dette har skjedd mange ganger opp gjennom den geologiske historien, omdannes leirsteinen først til leirskifer (eng: slate). Utpressing av vann og rekrystallisering former en bergart med mineraler som er tettere pakket og har parallell orientering.

De svakt omdannete kambro-silurske skifrene i Oslofeltet klassifiseres som leirskifre. Omdanningen skjedde under den kaledonske fjellkjededannelsen i silur. Oslofeltet lå riktig nok et lite stykke unna fjellkjeden, men det er lett å se, for eksempel står lagrekken ofte vertikalt, at bergartene ble påvirket.

Etter hvert som trykket og temperaturen øker enda mer, omdannes leirskiferen til fyllitt (eng: phyllite). Fyllitt skiller seg fra leirskifer med en «skinnende» overflate. Glansen skyldes at mineralene i leirskiferen er omdannet. Fyllitt består for det meste av glimmermineralene muskovitt og kloritt.

Den samme leirsteinen som ble til leirskifer i Oslofeltet (rett øst for Den kaledonske fjellkjeden) ble omdannet til fyllitt på Hardangervidda (inne i fjellkjeden) og har blitt bevart flere steder over grunnfjellet. Bergarten utgjør også underlaget for skyvedekkene. Uten fyllitt som glideplan er det ikke sikkert at de store flakene med eldre bergarter hadde blitt skjøvet inn over landet under den kaledonske fjellkjedefoldningen.

Ved enda høyere trykk og temperaturer omdannes fyllitt til glimmerskifer (eng: schist).

Glimmerskifer er vanlig i fjellkjedebergartene, og flere steder – som for eksempel i Hyllestad i Sogn – har den blitt tatt i bruk som kvernstein. Årsaken er at glimmerskiferen inneholder det harde mineralet granat.

Til slutt blir trykket og temperaturen så høy at glimmerskifer blir omdannet til gneis (eng: gneiss). Mineralene i glimmerskiferen rekrystalliserer til kvarts og feltspat, men små mengder muskovitt, biotitt og hornblende er også vanlig, og den karakteristiske båndingen oppstår.

Hvis temperaturen øker ytterligere, vil mineralene med lavest smeltepunkt begynne å smelte (partiell oppsmelting) og flyte med det resultat at utseendet endres. Bergarten heter nå migmatitt (eng: migmatite) med en mer kaotisk, båndet struktur enn gneis. 

Alle bergartene omtalt ovenfor stammer altså fra samme type sediment. Forskjellen mellom dem – mineralinnholdet og teksturen – skyldes forskjeller i trykk og temperatur da de be dannet.

Rene sandsteiner og kalksteiner omdannes ikke til gneis. I mangel av leirmineraler omdannes de til kvartsitt og marmor. I sandstein kan imidlertid glimmer dannes fra tynne lag med leire, hvorpå kvartsitten får parallelle lag og derfor lett spalter (for eksempel Oppdalskifer; GEO 07/2014).

Granitt kan imidlertid omdannes til gneis. Geologene snakker da om granittisk gneis. Videre kan også mørke (mafiske) bergarter omdannes til gneis. Amfibolittisk gneis med feltspat og hornblende er omdannet fra basiske størkningsbergarter (basalt).

Fra Leire til Gneis

“Gneis til pukk”

Vitner om gamle fjellkjeder

– De tydelige sporene etter høye temperaturer og trykk forteller at gneis er et resultat av fjellkjededannende prosesser, forteller Solli.

Det utsagnet må forstås i lys av at Jorda består av et antall plater som beveger seg i forhold til hverandre. Kontinentale fjellkjeder oppstår der to kontinenter kolliderer (for eksempel Alpene og Himalaya), eller der et kontinent forsvinner under et annet (for eksempel Andesfjellene).

Det betyr at gneis kan ha alle aldre, og at gneis dannes til og med dannes i dag. Men i Norge er all gneis i er svært gammel.

– Det meste av grunnfjellet vårt hører med til Det baltiske skjoldet– på lik linje med de andre skjoldområdene i verden – som består av bergarter som stammer fra gamle, prekambriske fjellkjeder, og i disse er det som vi forstår mye gneis.

– Bergartene i grunnfjellet er altså restene etter fjellkjeder som ble dannet og gikk til grunne i prekambrium, poengterer Solli.

I Norge er det snakk om hovedsakelig fire fjellkjededannelser i prekambrium: arkeiske fjellkjededannelser (mer enn 2500 millioner år siden), som egentlig består av flere som er vanskelig å skille fra hverandre, Den svekofenniske fjellkjeden (som ble dannet for 1960-1860 millioner år siden), Den gotiske fjellkjeden (som er omtrent 1750 – 1500 millioner år gammel) og Den svekonorvegiske fjellkjeden (som «bare» er 1130-970 millioner år gammel). Senere ble Den kaledonske fjellkjeden dannet (ca. 400 millioner år gammel).

711x474_Jafjordgneis

Etter et fjernsynsprogram med fokus på gammel stein har noen med sans for markedsføring satt opp et skilt langs riksvei 886 øst for Kirkenes som viser at vi her finner landets eldste bergart. Geologene forteller at dette er en migmatittisk gneis, noe som betyr at temperaturen har vært så høy at de lyse mineralene i gneisen har begynt å smelte. Alderen er 2902 millioner år. Foto: Halfdan Carstens

Forskjell på vest og øst

De eldste gneisene finnes i Finnmark og stammer altså fra fjellkjededannelser som er mer enn 2500 millioner år gamle (arkiske). Lignende bergarter finnes også i Lofoten og på kysten av Troms. Restene av Den svekofenniske fjellkjeden er også lokalisert til Troms og Finnmark. Gneisene i restene etter Den gotiske og Den svekonorvegiske fjellkjeden finner vi derimot i Sør-Norge vest og øst for Oslofeltet, og det er gneisen fra den yngste fjellkjededannelsen som dominerer.

Det meste av gneisen hører altså med til grunnfjellet. Men Solli ser forskjell på vest og øst.

– Når vi snakker om grunnfjellet, må vi skille mellom bergartene vest og øst for de kaledonske skyvedekkene. I vest er grunnfjellet sterkt påvirket av den kaledonske fjellkjedefoldningen, mens de i øst er lite eller ikke påvirket i det hele tatt, forklarer Solli.

– Den vestre gneisregionen omfatter områdene med grunnfjell vest for de kaledonske skyvedekkene som streker seg fra Bergen i sør til Leka i nord. Bergartene ble kraftig omdannet under den kaledonske fjellkjededannelsen i silur da Laurentia og Baltika kolliderte for omtrent 400 millioner år siden.

Solli forklarer at bergartene langs Baltikas vestmargin ble presset ned på store dyp og omdannet under svært høye trykk og temperaturer. Mineralsammensetningen forteller at bergartene noen steder kan ha vært nede på 120 kilometeres dyp, på grensen til mantelen.

– Det meste av Den vestre gneisregionen består av gneiser og migmatitter som ble dannet for 1500 til 1750 millioner år siden, men over store områder er det umulig å si noe om den tidligere, prekambriske historien til disse bergartene, forteller Solli.

Fra grå leire til rødspettet gneis

Leire kan bestå av kvarts, leirmineraler og hematitt, og samlet sett representerer de en kilde for bygging av nye mineraler bestående av silisium, oksygen, jern, magnesium, kalsium, aluminium og kalium. Når sedimentet utsettes for høye trykk og temperaturer, endres denne leiren til gneis med røde granatkrystaller.

711x474_Gneis med granat

Gneis med granatkrystaller. Foto: Arne Solli

“Gneis i bunn”

Gneis i skyvedekker og intrusjoner

Men det er ikke bare i grunnfjellsbergartene vi finner gneis.

– Det er også gneis i skyvedekkene. Tykke lag av gamle bergarter ble som kjent skjøvet inn over landet da Den kaledonske fjellkjeden ble dannet, og flere av disse lagene – dekkene – består av blant annet gneis som kan være revet løs fra andre skjold enn vårt eget.

– Det store Jotundekket i Jotunheimen er et godt eksempel. Det samme er skyvedekkene på Hardangervidda eksemplifisert med Hårteigen og Hardangerjøkulen.

Solli trekker også frem gneisene i det aller øverste skyvedekket som ligger i Nordland. Disse ligger i skyvedekker som har blitt revet løs fra det gamle kontinentet Laurentia som vi i dag kjenner som Grønland og Nord-Amerika. Denne gneisen kommer altså fra et annet kontinent og en annen plate enn den Baltika ligger på.

De granittiske intrusjonene fra kambro-silur, med skarp rød farge i kartet, er til dels også omdannet til gneis.

Det topografiske uttrykket – relieffet – etter disse urgamle fjellkjedene er fullstendig borte, men steinen og strukturene finnes. Geologene sier at fjellkjedens røtter er bevart. Det betyr kort og godt at vi i dag kun ser den delen av de gamle fjellkjedene som lå dypt nede i jordskorpen da de ble dannet. Overflatebergartene har forsvunnet. De har forvitret og blitt fraktet bort med rennende vann og flytende is.

Forteller historien

– Ved å studere gneisene i detalj kan vi finne ut en masse om steinen, forteller Solli.

Ved å måle forholdet mellom visse grunnstoffer og nedbrytningsproduktene deres kan vi bestemme alderen, ved å se på mineralsammensetningen kan vi fortelle hvor sterkt den er omdannet, ved å studere teksturen kan vi si noe om trykkforholdene, og som oftest kan vi også fortelle hva slags bergart gneisen er dannet fra.

– Noe annet vi har lært er at Det baltiske skjoldet har blitt større med tiden. Grunnfjellsbergartene blir yngre fra øst mot vest, så det har vokst ved å legge på seg i vest.

På den måten lærer vi altså mer om hvordan landet vårt ble til, og det er nettopp gjennom slike undersøkelser geologene har forstått at grunnfjellsområdene er satt sammen av produkter fra flere fjellkjededannelser i urtiden.

På denne bakgrunnen kan vi med full rett si at studier av gneis gir oss kunnskap om hvordan landet ble til.

Det viktigste fra de siste dagene

“Er dere klare?”

Ny Geopark i Nordland

Vi lever (også) i jernalderen


geo365 Nyhetsbrev

* = required field

0 Comments