Diagenese is 'n samevattende term vir die veranderings wat in sedimente plaasvind nadat dit afgeset is. Die veranderings word veral veroorsaak deur druk (die gevolg van die gewig van die boliggende lae), temperatuurstyging, faktore soos die suurheidsgraad en suurstoftoevoer, en grondwatersirkulasie, waardeur ione vervoer word. Die gevolg van hierdie prosesse is onder meer dat die sedimentmateriaal van kan word (litifiseer) of soms ook (geleidelik) kan oplos, en dat nuwe minerale gevorm kan word.
Die diagenetiese prosesWysig
Deur die diagenetiese proses te rekonstrueer, kan 'n mens heelwat te wete kom van die omstandighede tydens en na die afsetting van sedimente. Sodra daar skerp veranderings, soos geweldige druk en hoë temperatuur, ontstaan, gaan diagenese oor in metamorfose. Met die term diagenese word 'n groot aantal fisiese en chemiese prosesse bedoel wat verantwoordelik is vir die veranderings in sedimente nadat dit afgeset is en voordat metamorfose uiteindelik intree. (By metamorfose vind belangrike omsettings en rekristallisering van die oorspronklike materiaal plaas.) Veranderings deur verwering en tektoniese prosesse word nie tot die diagenese gereken nie. In die algemeen word drie stadiums van die diagenese onderskei.
Die eerste is vroeë diagenese (sindiagenese), wat in die boonste 100 m van die sediment geskied en waarby die invloed van sedimentasie nog 'n belangrike rol speel. Dit word gevolg deur gevorderde diagenese (ana-diagenese), waarby verharding van die sagte sediment plaasvind (gesteentevorming). Afhangende van die soort gesteente strek die sone van gevorderde diagenese van 1 m tot 10 km onder die aardoppervlak. Die derde stadium is die laat diagenese (epidiagenese), wat meestal plaasvind tydens of na die opheffing van reeds verharde of gedeeltelik verharde gesteentes.
Hierdie proses vind op ongeveer 1 m tot 3 km onder die oppervlak plaas. Die belangrikste chemiese faktore by diagenese is die suurheidsgraad (pH), die oksidasie-reduksiepotensiaal (Eh) en die konsentrasie van verskillende ione in die vloeistowwe wat deur die sediment sirkuleer. Temperatuur en druk is die belangrikste fisiese faktore, terwyl by vroeë diagenese ook die biochemiese prosesse (veral deur bakteriewerking) van belang is.
Die diagenetiese prosesse wat in die verskillende stadiums optree, kan ruweg in drie groepe gerangskik word: die vorming van nuwe minerale, die herverdeling en rekristallisering van bepaalde bestanddele in die sediment en litifisering (gesteentevorming).
Die eerste proses wat na afsetting van 'n sediment 'n rol speel, of selfs voor sedimentasie tydens seidmentafvoer 'n rol kan speel, is halmirolise. Dit is 'n proses wat in die see plaasvind waarby katione tussen die seidment en die seewater uitgewissel word. Veral kleiminerale is hierby baie aktief. Die afgevoerde, kalsiumryke kleiminerale gaan oor in meer magnesiumhoudende vorme, soos illiet en chloriet. Die bekendste nuutgevormde (outigene) mineraal wat volgens die proses ontstaan, is gloukoniet, terwyl ander produkte van die proses chamosiet en die ekonomies belangrike mangaan- en fosforietklonte insluit. Omdat daar 'n groot ooreenkoms tussen die prosesse in die boonste sedimentlaag en verwering op land is, noem sommige geoloë halmirolise ook ondersese verwering. In die boonste laag heers daar in die algemeen 'n oksiderende of neutrale toestand. Effens dieper raak die vrye suurstof minder omdat organismes dit opgebruik. Die Eh word negatief en sulfate word tot sulfiedes gereduseer, terwyl die meerwaardige vorme van yster, mangaan ensovoorts oorgaan in vorme van laer valensies.
Vorming van mineraleWysig
Wanneer die poriewater in die sediment 'n versadigingspunt bereik, word nuwe minerale gevorm, en wel van sulfiedes en karbonate van Fe en Mn, soos sideriet, ankeriet, piriet, ensovoorts. Die pH neem dan toe, waardeur vastestowwe soos SiO2, CaCO3 en MgCO3 geleidelik in die poriewater oplos. Op 'n diepte van ongeveer 10 m hou die bakteriese aktiwiteit, wat tot dan toe 'n belangrike funksie vervul het, feitlik op.
In die sone daaronder vind daar as gevolg van die variasies in die pH en die Eh 'n herverdeling van die nuutgevormde minerale plaas in die vorm van 'n konkresie of 'n aantal konkresies. Dit is klonte van 'n bepaalde mineraal of minerale wat in die sediment gevorm het, dikwels om 'n spesifieke kern (byvoorbeeld 'n fossielfragment). Die verspreiding van die klonte hang af van die chemiese mikro-omgewing in die sediment.
Daar kan plaaslik ook sementasie plaasvind. Hier word die porieruimte heeltemal of gedeeltelik met 'n neerslag van minerale soos opaal, kalsiet of hematiet gevul. Dit gebeur ook dat daar 'n uitbouing van die klonte plaasvind sodat die sementasie dan identies is met die mineraalklont, soos byvoorbeeld kwart of kalsiet. Ook holtes groter as die porieë, soos skulpopeninge of openinge in plantstingels, kan met sement opgevul word. As gevolg hiervan is die fossiele dan beter bestand teen vervorming indien die druk later sou toeneem.
'n Heeltemal ander verskynsel is die rekristallisasie van minerale. Dit kan beteken dat 'n ander kristalstruktuur ontstaan, byvoorbeeld die vervanging van aragoniet deur kalsiet, albei CaCO3, of deurdat die kristalle groter word, met ander woorde dat hulle getalle afneem. Met hierdie prosesse het die litifisering begin, en die plastiese sediment (sand, kalk, ensovoorts) word in 'n vaste gesteente (sandsteen, kalksteen) verander. Dikwels vind daar dan ook verdigting plaas en die gesteente word platter gedruk deurdat die gewig van die boonste lae die poriewater uitforseer. By kunsmatige dreinering vind dieselfde verskynsel plaas en dit kan geweldige insinkings veroorsaak.
By die steenkoolvormingsproses word ook baie van die vlugtige komponente uitgedryf, waardeur die persentasie koolstof verhoog en plantreste eers veen, dan kerssteenkool, steenkool en ten slotte antrasiet word. Wanneer 'n sekere mate van litifisering bereik is, word die proses van diagenese deur 'n gebrek aan poriewater vertraag of selfs gestaak. Oplossing kan wel nog plaasvind onder hoë druk, soos byvoorbeeld van kwarts wat elders weer in die vorm van sementasie kan neerslaan. By kalksteen is die oplossingsones te sien as 'n sterk gekartelde rand (stiloliet). Die laat diagenese, wat in elk van die beskrewe fases kan begin, word veral gekenmerk deur die afwaartse verplasing van soutwater deur varswater. 'n Mens kan die proses as 'n uitloging of ontsouting beskryf. Die variasies wat hierdeur in die pH ontstaan, kan weer tot gevolg hê dat konkresies gevorm word of dat 'n mineraal deur 'n ander vervang word weens die verskil in stabiliteit. So kan by 'n bepaalde pH kwarts vervang word deur magnesiumiome en die kalsiet (CaCo3) so oorgaan in Dolomiet, CaMg (Co3)2.
Die grens tussen diagenese en metamorfose is nie maklike te onderskei nie. Sekere gesteentes is byvoorbeeld minder stabiel as ander en sal reeds by 'n lae druk en temperatuur rekristalliseer. So vind die metamorfose van kalksteen tot marmer by 'n baie laer temperatuur plaas as die van sandsteen tot kwartsiet. Die uiterste grens vir diagenese kan egter neergelê word by 'n temperatuur van 250 tot 300˚C en 'n druk wat ooreenstem met die op 'n diepte van 10 000m onder die aardoppervlak.