Kalkkikivi (kalsiumkarbonaatti): määritelmä, koostumus ja muodostuminen
Tutustu kalkkikiveen: kalsiumkarbonaatin (CaCO3) koostumus, muodostuminen, biologinen alkuperä ja merkitys sedimenttikivissä — selkeä ja asiantunteva opas.
Kalkkikivi on sedimenttikivi, joka koostuu pääasiassa kalsiittimineraalista, joka on kalsiumkarbonaatin muoto, CaCO3. Kalsiumkarbonaatti muodostuu sekä eloperäisistä että epäorgaanisista prosesseista ja se esiintyy yleisesti merenpohjan sedimenteissä, järvissä, kuumissa lähteissä ja karstialueilla.
Kalsiumkarbonaatti on alun perin elävien organismien tuottamaa: monet merieläimet, kuten simpukat, korallit, kotilot ja lepänyt tuottavat kuorensa ja tukirakenteensa pääosin CaCO3-komponenteista. Näin syntyneet jäänteet kasaantuvat sedimentiksi ja litistymisen ja kovettumisen myötä muodostavat kalkkikiveä. Myöhemmin osa siitä liukenee meriveteen, erityisesti happamammissa olosuhteissa tai kun veden CO2-pitoisuus muuttuu.
Koostumus ja mineralogia
Kalkkikivi koostuu pääosin kalsiitista, mutta kalsiumkarbonaatti voi esiintyä myös aragoniittina ja muina polymorfina. Diageenisissa prosesseissa aragoniitti voi muuntua kalsiitiksi. Kalkkikivet sisältävät usein orgaanisia jäänteitä, saostunutta karbonaattia sekä muita epäpuhtauksia kuten savimineraaleja, kvartsia ja rautaoksideja, jotka vaikuttavat kiven väriin ja ominaisuuksiin.
Muodostumisprosessit
- Biogeeninen sedimentoituminen: Eläinten kuoret ja korallirakenteet kertyvät ja litistyvät. Tämä on yleisin kalkkikivien syntytapa merialueilla.
- Kemiallinen saostuminen: Karbonaatit voivat saostua suoraan vedestä, esimerkiksi laguuneissa, matalilla rannikkovesillä tai kuumissa lähteissä (travertiini, tufa).
- Oolinen ja pisarainen synty: Oolit syntyvät pienten rakeiden ympärille kertymästä, kun taas coquina muodostuu lähes yksinomaan kuorikappaleista.
- Diagenesi ja uudelleenkiteytyminen: Sedimentit kovettuvat, mineraalit uudelleen kiteytyvät (micrite → sparite) ja huokosrakenne muuttuu.
Tyypit ja muodot
Kalkkikivet voivat esiintyä eri muodoissa ja tekstuureissa: esimerkiksi pehmeä ja hienorakeinen kalkkikivi (chalk), fossiileja sisältävä fossiliferous limestone, oolitic limestone, coquina, sekä karstimuodostelmat kuten travertiini ja tufa. Maanalaiset kalkkikiviluolat ja doliinimuodostelmat liittyvät kalkkikiven liukenemiseen ja karstiprosesseihin.
Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet
- Kovuus: kalkkikiviä muodostavan kalsiitin Knoop-/Mohs-kovuus on noin 3, joten se on pehmeää verrattuna moniin muihin kivilajeihin.
- Hapon reaktiivisuus: kalsiumkarbonaatti reagoi väkevässä suolahapossa poreillen (CO2-kaasun muodostus), mikä on yksinkertainen kenttötesti kalkkikiven tunnistukseen.
- Liukoisuus ja tasaus: CaCO3 voi liueta veden hiilidioksidipitoisuuden ja pH:n muuttuessa; reaktio voidaan kuvata yksinkertaisesti: CaCO3 ⇌ Ca2+ + CO32− ja veden hiilidioksidin kautta myös muotoihin HCO3−.
Merkitys ja käyttötarkoitukset
Kalkkikivellä on suuri taloudellinen ja ekologinen merkitys. Sitä käytetään rakennus- ja koristekivenä, sementin ja kalkin valmistuksessa, murskeena tie- ja maarakentamisessa sekä maanparannusaineena pH:n säätelyssä. Kalkkikivikerrostumat toimivat myös merkittävinä pohjavesi- ja öljyreservuaareina, koska niiden huokoisuus ja halkeilevuus voivat sallia veden ja öljyn varastoitumisen.
Kalkkikiven osuus kaikkien sedimenttikivien kokonaistilavuudesta on noin 10 %.
Muutokset ja metamorfia
Syvemmälle hautautuessaan ja korkean lämpötilan sekä paineen vaikutuksesta kalkkikivi voi metamorfisoitua marmoriin, jossa alkuperäinen rakenne häviää ja kiteytyminen voi antaa jalomman, usein kiiltäväpintaisen kiven, jota arvostetaan rakennus- ja veistostöissä.
Ymmärtäminen siitä, miten kalsiumkarbonaatti muodostuu, liukenee ja uudelleen saostuu, on tärkeää sekä geologian, ympäristötieteen että käytännön rakentamisen ja kaivannaisteollisuuden kannalta.
Karstin muodossa olevat kalkkikivet
Cotswoldin kivimökit Biburyssä, Englannissa. Ne rakennettiin vuonna 1380 luostarin villavarastoksi ja muutettiin kutojien mökkeihin 1600-luvulla.
Muodostuminen
Kalkkikivet koostuvat pääasiassa kalsiumkarbonaatista. Sitä ovat alun perin valmistaneet pienet fotosynteettiset alkueliöt, kuten tietyt bakteerit, kokkolithoforat ja levät. Sitten karbonaattia käyttävät erilaiset eläimet, kuten simpukat ja koralliriuttoja muodostavat polyypit. Ne rakentavat kuorensa tai kehyksensä CaCO 3-kiteistä.
"[Kokkoliittofoorit] olivat ensimmäiset organismit, jotka saivat aikaan kalsiumkarbonaatin tasaisen sateen valtameren yläpuoliselta, valaistulta vyöhykkeeltä kohti syvänmeren aluetta".p144
Karbonaatit ovat kiviä, jotka muodostuvat näistä lähteistä sekä liuoksesta saostuneesta CaCO:sta3 . Osa karbonaateista liukenee veteen. Se saostuu, kun veden fysikaalinen tila muuttuu. Jos esimerkiksi CaCO3 -pitoisuus on korkea, lämpötilan lasku tai pH:n (happamuuden) muutos voi aiheuttaa saostumista.
Florida Bay
Florida Keysin takana sijaitseva matala laguuni Florida Bay on malli olosuhteista, joissa mannerjalustan kalkkikivet ovat syntyneet. Tietenkin kaikki lajit olivat silloin hieman erilaisia, mutta ekosysteeminä se on samanlainen.
Floridan lahdella kasvaa runsaasti eräänlaista kukkivaa kasvia, jota kutsutaan meriruohoksi. Runsaasti on myös valkoista, maitomaista vettä, joka on täynnä kalsiumkarbonaattia. Sitä muodostaa pääasiassa Melobesia, pieni punainen levä, joka elää meriruohon päällä.p151 Lopuksi eliöt tuottavat valtavia määriä limaa, joka on polysakkaridia. On hyvä syy uskoa, että mikro-organismit tuottavat limaa hallitakseen tapaa, jolla niiden karbonaattirunko muodostuu.p139 Sivuvaikutuksena lima rajoittaa liuokseen menevän karbonaatin määrää. . p155
Florida Bay on tasainen alusta, johon on kerrostunut valtava määrä karbonaattikiveä.
"On porattava yli 3000 jalkaa, ennen kuin päästään eri kivilajiin, ja se on liitukauden ikäistä - noin 70 miljoonaa vuotta sitten".p158
Fossiliferiset kalkkikivet
Monet kalkkikivet sisältävät fossiileja, ja jotkut koostuvat lähes kokonaan luurankomateriaalista. Kalkkikivi on ~99 % kokkoliitteja; Solnhofenin kalkkikivi on kuuluisa eläinfossiileistaan; ja eri aikakausilta on monia kuorellisia kalkkikiviä. Kalkkikiveä ei juurikaan löydy ennen kambrikauden aikaa, koska kuorelliset eläimet eivät olleet vielä kehittyneet.
Kalkkikivi rakennusmateriaalina
Marble
Kun kalkkikivi kuumennetaan korkeaan lämpötilaan ja puristetaan vuoren juurella, se kiteytyy uudelleen metamorfiseksi marmoriksi. Marmori on melko tiivistä, sitä on suhteellisen helppo leikata tai muotoilla palikoiksi, ja jotkut muodot ovat väriltään valkoisia.
Käyttää
Kalkkikivi on tarpeeksi kovaa kestääkseen sään vaikutusta, mutta yleensä tarpeeksi pehmeää, jotta kivimiehet voivat työstää sitä (leikata ja veistää). Sitä käytetään rakennusmateriaalina. Kalkkikivestä, erityisesti Portlandin kalkkikivestä, tuli 1800- ja 1900-luvuilla suosittua esimerkiksi kirkkojen, pankkien ja talojen rakentamisessa. Happamat sateet syövyttävät kuitenkin kalkkikiveä hitaasti.
Kalkkikiveä käytetään lasin ja sementin valmistukseen. Sitä käytetään myös raudan valmistukseen masuunissa, jotta rautamalmista voidaan poistaa epäpuhtaudet.
Aiheeseen liittyvät sivut
Etsiä