Kalksten -Limestone

Kalksten
Sedimentär bergart
ElTorcal0408.jpg
Kalkstenshäll i naturreservatet Torcal de Antequera i Málaga , Spanien
Sammansättning
Kalciumkarbonat : oorganisk kristallin kalcit eller organiskt kalkhaltigt material

Kalksten ( kalciumkarbonat CaCO 3 ) är en typ av karbonat sedimentär bergart som är den huvudsakliga källan till materialet kalk . Den består till största delen av mineralerna kalcit och aragonit , som är olika kristallformer av CaCO 3 . Kalksten bildas när dessa mineraler faller ut ur vatten som innehåller löst kalcium. Detta kan ske genom både biologiska och icke-biologiska processer, även om biologiska processer, såsom ansamling av koraller och skal i havet, sannolikt har varit viktigare under de senaste 540 miljoner åren. Kalksten innehåller ofta fossiler som ger forskarna information om forntida miljöer och om livets utveckling .

Cirka 20% till 25% av sedimentär bergart är karbonatsten, och det mesta av detta är kalksten. Den återstående karbonatstenen är till största delen dolomit , en närbesläktad bergart, som innehåller en hög andel av mineralet dolomit , CaMg(CO 3 ) 2 . Magnesiansk kalksten är en föråldrad och dåligt definierad term som används på olika sätt för dolomit, för kalksten som innehåller betydande dolomit ( dolomitisk kalksten ), eller för någon annan kalksten som innehåller en betydande andel magnesium . Mest kalksten bildades i grunda havsmiljöer, såsom kontinentalhyllor eller plattformar , även om mindre mängder bildades i många andra miljöer. Mycket dolomit är sekundär dolomit, bildad genom kemisk förändring av kalksten. Kalksten är exponerad över stora delar av jordens yta, och eftersom kalksten är svagt löslig i regnvatten, eroderas dessa exponeringar ofta för att bli karstlandskap . De flesta grottsystem finns i berggrund av kalksten.

Kalksten har många användningsområden: som ett kemiskt råmaterial för framställning av kalk som används för cement (en viktig komponent i betong ), som ballast för vägbasen, som vitt pigment eller fyllmedel i produkter som tandkräm eller färger , som jordvårdsmedel och som ett populärt dekorativt tillägg till stenträdgårdar . Kalkstensformationer innehåller cirka 30% av världens petroleumreservoarer .

Beskrivning

Denna kalkstensfyndighet i karsten i Dinariska Alperna nära Sinj , Kroatien , bildades under eocen .

Kalksten består till största delen av mineralerna kalcit och aragonit , som är olika kristallformer av kalciumkarbonat ( CaCO 3 ). Dolomit , CaMg(CO 3 ) 2 , är ett ovanligt mineral i kalksten, och siderit eller andra karbonatmineraler är sällsynta. Kalksten i kalksten innehåller dock ofta några procent magnesium . Kalcit i kalksten delas upp i kalcit med låg magnesiumhalt och kalcit med hög magnesiumhalt, med skiljelinjen placerad vid en sammansättning av 4% magnesium. Kalcit med hög magnesiumhalt behåller kalcitmineralstrukturen, som skiljer sig från dolomit. Aragonit innehåller vanligtvis inte signifikant magnesium. Mest kalksten är annars kemiskt ganska ren, med klastiska sediment (främst finkornig kvarts och lermineraler ) som utgör mindre än 5% till 10% av sammansättningen. Organiskt material utgör vanligtvis cirka 0,2 % av en kalksten och överstiger sällan 1 %.

Kalksten innehåller ofta varierande mängder kiseldioxid i form av chert eller kiselhaltiga skelettfragment (som svampspiklar , kiselalger eller radiolarier ). Fossiler är också vanliga i kalksten.

Kalksten är vanligtvis vit till grå till färgen. Kalksten som är ovanligt rik på organiskt material kan vara nästan svart till färgen, medan spår av järn eller mangan kan ge kalksten en benvit till gul till röd färg. Kalkstenens densitet beror på dess porositet, som varierar från 0,1 % för den tätaste kalkstenen till 40 % för krita. Densiteten sträcker sig på motsvarande sätt från 1,5 till 2,7 g/ cm3 . Även om den är relativt mjuk, med en Mohs-hårdhet på 2 till 4, kan tät kalksten ha en krosshållfasthet på upp till 180 MPa . Som jämförelse har betong typiskt en krosshållfasthet på cirka 40 MPa.

Även om kalkstenar uppvisar liten variation i mineralsammansättning, visar de stor mångfald i textur. Den mesta kalkstenen består dock av sandstora korn i en karbonatslammatris. Eftersom kalksten ofta är av biologiskt ursprung och vanligtvis är sammansatt av sediment som deponeras nära där det bildades, baseras klassificeringen av kalksten vanligtvis på dess korntyp och lerhalt.

Spannmål

Ooider från en strand på Joulter's Cay, Bahamas
Ooider i kalksten från Carmel-formationen (Mellan Jurassic) i sydvästra Utah.
Tunn snittvy av en kalksten från mellersta jura i södra Utah , USA. De runda kornen är oider ; den största är 1,2 mm (0,05 tum) i diameter. Denna kalksten är en oosparit.

De flesta korn i kalksten är skelettfragment av marina organismer som koraller eller foraminifer . Dessa organismer utsöndrar strukturer gjorda av aragonit eller kalcit, och lämnar dessa strukturer bakom sig när de dör. Andra karbonatkorn som består av kalkstenar är oider , peloider och limeklaster ( intraklaster och extraklaster ).

Skelettkorn har en sammansättning som återspeglar de organismer som producerade dem och miljön där de producerades. Lågmagnesiumkalcitskelettkorn är typiska för artikulerade brachiopoder , planktoniska (fritt flytande) foraminifer och coccoliter . Hög-magnesiumkalcitskelettkorn är typiska för bentiska (bottenlevande) foraminifer, tagghudingar och korallalger . Aragonitskelettkorn är typiska för blötdjur , kalkhaltiga grönalger , stromatoporoider , koraller och rörmaskar . Skelettkornen speglar också specifika geologiska perioder och miljöer. Till exempel är korallkorn vanligare i högenergimiljöer (kännetecknas av starka strömmar och turbulens) medan bryozokorn är vanligare i lågenergimiljöer (kännetecknas av tyst vatten).

Ooider (ibland kallade ooliter) är sandstora korn (mindre än 2 mm i diameter) som består av ett eller flera lager av kalcit eller aragonit runt ett centralt kvartskorn eller karbonatmineralfragment. Dessa bildas sannolikt genom direkt utfällning av kalciumkarbonat på ooiden. Pisoliter liknar ooider, men de är större än 2 mm i diameter och tenderar att vara mer oregelbundna i formen. Kalksten som mestadels består av ooider kallas en oolit eller ibland en oolitisk kalksten . Ooider bildas i högenergimiljöer, såsom Bahama-plattformen, och ooliter visar vanligtvis korsbäddar och andra egenskaper som är förknippade med avsättning i starka strömmar.

Onkoliter liknar oider men visar en radiell snarare än skiktad inre struktur, vilket indikerar att de bildades av alger i en normal marin miljö.

Peloider är strukturlösa korn av mikrokristallint karbonat som sannolikt produceras genom en mängd olika processer. Många tros vara fekala pellets som produceras av marina organismer. Andra kan produceras av endolitiska (tråkiga) alger eller andra mikroorganismer eller genom nedbrytning av blötdjursskal. De är svåra att se i ett kalkstensprov förutom i tunna sektioner och är mindre vanliga i forntida kalkstenar, möjligen för att packning av karbonatsediment stör dem.

Kalklaster är fragment av befintlig kalksten eller delvis litifierade karbonatsediment. Intraklaster är limeklaster som har sitt ursprung nära där de deponeras i kalksten, medan extraklaster kommer från utanför avsättningsområdet. Intraklaster inkluderar druvsten , som är klungor av peloider som cementeras samman av organiskt material eller mineralcement. Extraklaster är ovanliga, åtföljs vanligtvis av andra klastiska sediment och indikerar avsättning i ett tektoniskt aktivt område eller som en del av en grumlighetsström .

Lera

Kornen från de flesta kalkstenar är inbäddade i en matris av karbonatlera. Detta är vanligtvis den största delen av en gammal karbonatsten. Lera som består av enskilda kristaller som är mindre än 5 mikron långa beskrivs som mikrit . I färsk karbonatlera är mikrit mestadels små aragonitnålar, som kan fällas ut direkt från havsvatten, utsöndras av alger eller produceras genom nötning av karbonatkorn i en miljö med hög energi. Detta omvandlas till kalcit inom några miljoner år efter nedfall. Ytterligare omkristallisering av mikrit ger mikrospat med korn från 5 till 15 mikrometer i diameter.

Kalksten innehåller ofta större kristaller av kalcit, i storlek från 0,02 till 0,1 mm, som beskrivs som sparrykalcit eller sparit . Sparite särskiljs från micrit genom en kornstorlek på över 20 mikron och för att sparite sticker ut under en handlins eller i tunn sektion som vita eller transparenta kristaller. Sparite särskiljs från karbonatkorn genom sin brist på inre struktur och dess karakteristiska kristallformer.

Geologer är noga med att skilja mellan sparit avsatt som cement och sparit bildad genom omkristallisation av mikrit- eller karbonatkorn. Sparitcement avsattes sannolikt i porutrymmet mellan korn, vilket tyder på en högenergiavsättningsmiljö som avlägsnade karbonatslam. Omkristalliserad sparit är inte diagnostisk för avsättningsmiljö.

Andra egenskaper

The White Cliffs of Dover består av krita.

Kalkstenshällar känns igen i fält på sin mjukhet (kalcit och aragonit har båda en Mohs-hårdhet på mindre än 4, långt under vanliga silikatmineraler) och på grund av att kalksten bubblar kraftigt när en droppe utspädd saltsyra tappas på den . Dolomit är också mjuk men reagerar endast svagt med utspädd saltsyra, och den vittrar vanligtvis till en karakteristisk matt gulbrun färg på grund av närvaron av järnhaltigt järn. Detta frigörs och oxideras när dolomiten vittrar ut. Föroreningar (som lera , sand, organiska rester, järnoxid och andra material) kommer att få kalkstenar att uppvisa olika färger, särskilt med väderbitna ytor.

Sammansättningen av en karbonatklippa kan uppskattas i fält genom att etsa ytan med utspädd saltsyra. Detta etsar bort kalcit och aragonit och lämnar kvar eventuella kisel- eller dolomitkorn. De senare kan identifieras genom sin romboedriska form.

Kristaller av kalcit, kvarts , dolomit eller baryt kan bekläda små håligheter ( vugs ) i berget. Vugs är en form av sekundär porositet, bildad i befintlig kalksten genom en förändring i miljön som ökar lösligheten av kalcit.

Tät, massiv kalksten beskrivs ibland som "marmor". Till exempel är den berömda Portoro "marmor" i Italien faktiskt en tät svart kalksten. Äkta marmor produceras genom omkristallisering av kalksten under regional metamorfos som följer med bergsbyggnadsprocessen ( orogeni ). Den särskiljs från tät kalksten genom sin grova kristallina struktur och bildandet av distinkta mineraler från kiseldioxiden och leran som finns i den ursprungliga kalkstenen.

Klassificering

Travertin kalksten terrasser i Pamukkale , Turkiet .

Två stora klassificeringsscheman, Folk och Dunham, används för att identifiera de typer av karbonatstenar som tillsammans kallas kalksten.

Folkklassificering

Robert L. Folk utvecklade ett klassificeringssystem som lägger primär tonvikt på den detaljerade sammansättningen av korn och interstitiellt material i karbonatstenar . Baserat på sammansättningen finns det tre huvudkomponenter: allokemer (korn), matris (mestadels mikrit) och cement (sparit). Folksystemet använder tvådelade namn; den första hänvisar till kornen och den andra till cementen. Till exempel skulle en kalksten som huvudsakligen består av ooider, med en kristallin matris, kallas en oosparit. Det är bra att ha ett petrografiskt mikroskop när du använder Folk-schemat, eftersom det är lättare att bestämma komponenterna som finns i varje prov.

Dunham klassificering

Robert J. Dunham publicerade sitt system för kalksten 1962. Det fokuserar på avsättningsväven av karbonatstenar. Dunham delar in bergarterna i fyra huvudgrupper baserat på relativa proportioner av grövre klastiska partiklar, baserat på kriterier som om kornen ursprungligen var i ömsesidig kontakt, och därför självbärande, eller om berget kännetecknas av närvaron av rambyggare och algmattor. Till skillnad från Folk-schemat handlar Dunham om bergets ursprungliga porositet. Dunham-schemat är mer användbart för handprover eftersom det är baserat på textur, inte kornen i provet.

En reviderad klassificering föreslogs av Wright (1992). Det lägger till några diagenetiska mönster till klassificeringsschemat.

Andra beskrivande termer

Travertin är en term som tillämpas på kalciumkarbonatavlagringar som bildas i sötvattenmiljöer, särskilt varma källor . Sådana avlagringar är vanligtvis massiva, täta och bandade. När avlagringarna är mycket porösa, så att de har en svampliknande textur, beskrivs de vanligtvis som tuff . Sekundär kalcit avsatt av övermättade meteoriska vatten ( grundvatten ) i grottor beskrivs också ibland som travertin. Detta producerar speleothems , såsom stalagmiter och stalaktiter .

Coquina är en dåligt konsoliderad kalksten som består av skavda bitar av koraller , snäckor eller annat fossilt skräp. När den är bättre konsoliderad beskrivs den som kokinit .

Krita är en mjuk, jordnära kalksten med fin struktur som består av tester av planktoniska mikroorganismer som foraminifer, medan märgel är en jordnära blandning av karbonater och silikatsediment.

Bildning

Kalksten bildas när kalcit eller aragonit fälls ut ur vatten som innehåller löst kalcium, vilket kan ske genom både biologiska och icke-biologiska processer. Lösligheten av kalciumkarbonat ( CaCO 3 ) styrs till stor del av mängden löst koldioxid ( CO 2 ) i vattnet. Detta sammanfattas i reaktionen:

CaCO3 + H2O + CO2 Ca2 + + 2HCO3

Ökning av temperatur eller minskning av tryck tenderar att minska mängden löst CO 2 och fälla ut CaCO 3 . Minskning av salthalt minskar också lösligheten av CaCO 3 , med flera storleksordningar för sötvatten kontra havsvatten.

Ytnära vatten i jordens hav är övermättat med CaCO 3 med en faktor på mer än sex. Misslyckandet av CaCO 3 att snabbt fälla ut ur dessa vatten beror sannolikt på interferens av lösta magnesiumjoner med kärnbildning av kalcitkristaller, det nödvändiga första steget i utfällning. Utfällning av aragonit kan undertryckas av närvaron av naturligt förekommande organiska fosfater i vattnet. Även om oider sannolikt bildas genom rent oorganiska processer, är huvuddelen av CaCO 3 nederbörden i haven resultatet av biologisk aktivitet. Mycket av detta sker på karbonatplattformar .

En flygfoto över ett nederbördsmoln för vitlinghändelse i Ontariosjön.

Ursprunget till karbonatslam, och de processer genom vilka det omvandlas till mikrit, fortsätter att vara föremål för forskning. Modern karbonatslam består mestadels av aragonitnålar runt 5 mikron långa. Nålar av denna form och sammansättning produceras av kalkhaltiga alger som Penicillus , vilket gör detta till en rimlig källa till lera. En annan möjlighet är direkt nederbörd från vattnet. Ett fenomen som kallas vitling förekommer i grunda vatten, där vita strimmor som innehåller dispergerad mikrit uppträder på vattenytan. Det är osäkert om detta är nyutfälld aragonit eller helt enkelt material som rörts upp från botten, men det finns vissa bevis för att vitling orsakas av biologisk utfällning av aragonit som en del av en blomning av cyanobakterier eller mikroalger . Stabila isotopförhållanden i modern karbonatslam verkar dock vara oförenliga med någon av dessa mekanismer, och nötning av karbonatkorn i högenergimiljöer har framförts som en tredje möjlighet.

Bildandet av kalksten har troligen dominerats av biologiska processer genom hela fanerozoikum , de senaste 540 miljoner åren av jordens historia. Kalksten kan ha deponerats av mikroorganismer i prekambrium före 540 miljoner år sedan, men oorganiska processer var förmodligen viktigare och ägde troligen rum i ett hav som var mer övermättat i kalciumkarbonat än det moderna havet.

Diagenes

Diagenes är den process där sediment komprimeras och omvandlas till fast berg . Under diagenes av karbonatsediment sker betydande kemiska och texturella förändringar. Till exempel omvandlas aragonit till lågmagnesiumkalcit. Diagenesis är det troliga ursprunget till pisoliter , koncentriskt skiktade partiklar som sträcker sig från 1 till 10 millimeter (0,039 till 0,394 tum) i diameter som finns i vissa kalkstenar. Pisoliter liknar ytligt ooider men har ingen kärna av främmande ämnen, passar tätt ihop och visar andra tecken på att de bildades efter den ursprungliga avsättningen av sedimenten.

Akcakoca chertknölar i mjuk kalksten
Makrostyloliter i en kalksten .

Silicifiering sker tidigt i diagenes, vid lågt pH och temperatur, och bidrar till fossil bevarande. Kiselbildning sker genom reaktionen:

CaCO 3 + H 2 O + CO 2 + H 4 SiO 4 → SiO 2 + Ca 2+ + 2HCO3+ 2 H2O

Fossiler är ofta bevarade i utsökt detalj som chert.

Cementering sker snabbt i karbonatsediment, vanligtvis inom mindre än en miljon år efter deponering. Viss cementering sker medan sedimenten fortfarande är under vatten och bildar hårda grunder . Cementeringen accelererar efter att havet har dragit sig tillbaka från deponeringsmiljön, eftersom regnvatten infiltrerar sedimentbäddarna, ofta inom bara några tusen år. När regnvatten blandas med grundvatten omvandlas aragonit och högmagnesiumkalcit till lågkalciumkalcit. Cementering av tjocka karbonatavlagringar med regnvatten kan börja redan innan havet drar sig tillbaka, eftersom regnvatten kan infiltrera över 100 kilometer (60 mi) i sediment under kontinentalsockeln.

När karbonatsediment begravs allt djupare under yngre sediment ökar den kemiska och mekaniska packningen av sedimenten. Kemisk packning sker genom trycklösning av sedimenten. Denna process löser upp mineraler från kontaktpunkter mellan korn och återavsätter det i porutrymmet, vilket minskar kalkstenens porositet från ett initialt högt värde på 40 % till 80 % till mindre än 10 %. Trycklösning producerar distinkta styloliter , oregelbundna ytor i kalkstenen där kiselrika sediment ackumuleras. Dessa kan återspegla upplösning och förlust av en betydande del av kalkstensbädden. På djup större än 1 kilometer (0,62 mi) fullbordar begravningscementering litifieringsprocessen. Gravcementering ger inte styloliter.

När överliggande bäddar eroderas, vilket för kalksten närmare ytan, sker det sista stadiet av diagenes. Detta ger sekundär porositet eftersom en del av cementen löses upp av regnvatten som infiltrerar bäddarna. Detta kan inkludera bildandet av vugs , som är kristallfodrade håligheter i kalkstenen.

Diagenes kan innefatta omvandling av kalksten till dolomit genom magnesiumrika vätskor. Det finns avsevärda bevis på att kalksten har ersatts med dolomit, inklusive skarpa ersättningsgränser som går över strö. Processen för dolomitisering är fortfarande ett område för aktiv forskning, men möjliga mekanismer inkluderar exponering för koncentrerad saltlösning i heta miljöer ( evaporative reflux ) eller exponering för utspätt havsvatten i delta- eller flodmynningsmiljöer ( Dorag dolomitization ). Dock har Dorag dolomitisering fallit i onåd som en mekanism för dolomitisering, med en recensionsartikel från 2004 som rakt ut beskriver det som "en myt". Vanligt havsvatten kan omvandla kalcit till dolomit, om havsvattnet regelbundet spolas genom berget, t.ex. genom ebb och flöde av tidvatten (tidvattenpumpning). När dolomitiseringen väl börjar fortskrider den snabbt, så att det finns mycket lite karbonatsten som innehåller blandad kalcit och dolomit. Karbonatstenar tenderar att vara antingen nästan helt kalcit/aragonit eller nästan helt dolomit.

Förekomst

Cirka 20% till 25% av sedimentär bergart är karbonatsten, och det mesta av detta är kalksten. Kalksten finns i sedimentära sekvenser så gamla som 2,7 miljarder år. Emellertid visar sammansättningen av karbonatbergarter en ojämn fördelning i tid i det geologiska rekordet. Cirka 95 % av moderna karbonater består av kalcit och aragonit med hög magnesiumhalt. Aragonitnålarna i karbonatslam omvandlas till lågmagnesiumkalcit inom några miljoner år, eftersom detta är den mest stabila formen av kalciumkarbonat. Forntida karbonatformationer av prekambrium och paleozoikum innehåller rikligt med dolomit, men kalksten dominerar karbonatbäddarna i mesozoikum och kenozoikum . Modern dolomit är ganska sällsynt. Det finns bevis för att medan det moderna havet gynnar utfällning av aragonit, gynnade haven i paleozoikum och mitten till sen kenozoikum utfällning av kalcit. Detta kan indikera ett lägre Mg/Ca-förhållande i havsvattnet på den tiden. Denna magnesiumutarmning kan vara en konsekvens av snabbare havsbottenspridning , vilket tar bort magnesium från havsvattnet. Det moderna havet och mesozoikens hav har beskrivits som "aragonithav".

Mest kalksten bildades i grunda marina miljöer, såsom kontinentalhyllor eller plattformar . Sådana miljöer utgör endast cirka 5 % av havsbassängerna, men kalksten finns sällan bevarad i kontinentalsluttning och djuphavsmiljöer. De bästa miljöerna för deponering är varma vatten, som har både hög organisk produktivitet och ökad mättnad av kalciumkarbonat på grund av lägre koncentrationer av löst koldioxid. Moderna kalkstensavlagringar finns nästan alltid i områden med mycket liten kiselrik sedimentation, vilket återspeglas i den relativa renheten hos de flesta kalkstenar. Revorganismer förstörs av lerigt, bräckt flodvatten, och karbonatkorn mals ner av mycket hårdare silikatkorn. Till skillnad från klastisk sedimentär bergart produceras kalksten nästan uteslutande från sediment som härrör från eller nära deponeringsplatsen.

El Capitan , ett gammalt kalkstensrev

Kalkstensformationer tenderar att visa plötsliga förändringar i tjocklek. Stora kulleliknande drag i en kalkstensformation tolkas som forntida rev , som när de dyker upp i de geologiska uppgifterna kallas biohermer . Många är rika på fossiler, men de flesta saknar något sammanhängande organiskt ramverk som det man ser i moderna rev. De fossila resterna är närvarande som separata fragment inbäddade i riklig lermatris. En stor del av sedimenteringen visar tecken på att förekomma i de tidvatten- eller supratidala zonerna, vilket tyder på att sediment snabbt fyller tillgängligt boendeutrymme på hyllan eller plattformen. Avsättning gynnas också på havskanten av hyllor och plattformar, där det finns uppströmmande djuphavsvatten rikt på näringsämnen som ökar den organiska produktiviteten. Rev är vanliga här, men vid brist påträffas istället ooidstim. Finare sediment avsätts nära stranden.

Bristen på djuphavskalkstenar beror delvis på snabb subduktion av oceanisk skorpa, men är mer ett resultat av upplösning av kalciumkarbonat på djupet. Lösligheten av kalciumkarbonat ökar med tryck och ännu mer med högre koncentrationer av koldioxid, som produceras genom att sönderfallande organiskt material sätter sig i djuphavet som inte tas bort genom fotosyntes i mörka djup. Som ett resultat blir det en ganska skarp övergång från vatten mättat med kalciumkarbonat till vatten omättat med kalciumkarbonat, lysoklinen, som uppträder på kalcitkompensationsdjupet på 4 000 till 7 000 meter (13 000 till 23 000 fot). Under detta djup löses foraminifera-tester och andra skelettpartiklar snabbt upp, och sedimenten på havsbotten övergår plötsligt från karbonat som är rikt på foraminifer och kokoliter ( Globigerina ooze) till kisellera som saknar karbonater.

Mønsted är den största kalkstensgruvan i världen.

I sällsynta fall begraver och bevarar turbiditer eller andra kiseldioxidrika sediment bentiska (djuphavs) karbonatavlagringar. Forntida bentiska kalkstenar är mikrokristallina och identifieras av sin tektoniska miljö. Fossiler är typiskt foraminifera och coccoliter. Inga bentiska kalkstenar från före juratiden är kända, troligen för att plankton med karbonatskal ännu inte hade utvecklats.

Kalkstenar bildas även i sötvattensmiljöer. Dessa kalkstenar är inte olik marin kalksten, men har en lägre mångfald av organismer och en större andel kiseldioxid och lermineraler som är karakteristiska för märgel . The Green River Formation är ett exempel på en framträdande sötvattensedimentär formation som innehåller många kalkstensbäddar. Sötvattenkalksten är typiskt mikrokritisk. Fossiler av karofyt (stenört), en form av sötvattensgröna alger, är karakteristiska för dessa miljöer, där karofyterna producerar och fångar karbonater.

Kalkstenar kan också bildas i evaporitavsättningsmiljöer . Kalcit är ett av de första mineralerna som fälls ut i marina evaporiter.

Kalksten och levande organismer

Korallrev vid Nusa Lembongan , Bali, Indonesien

Mest kalksten bildas av levande organismers aktiviteter nära rev, men de organismer som är ansvariga för revbildningen har förändrats över geologisk tid. Till exempel är stromatoliter högformade strukturer i gamla kalkstenar, tolkade som kolonier av cyanobakterier som samlat karbonatsediment, men stromatoliter är sällsynta i yngre kalkstenar. Organismer fäller ut kalksten både direkt som en del av sina skelett, och indirekt genom att ta bort koldioxid från vattnet genom fotosyntes och därigenom minska lösligheten av kalciumkarbonat.

Kalksten visar samma utbud av sedimentära strukturer som finns i andra sedimentära bergarter. Men finare strukturer, såsom laminering , förstörs ofta av organismers grävande aktiviteter ( bioturbation) . Fin laminering är karakteristisk för kalksten som bildas i playa sjöar , som saknar grävande organismer. Kalkstenar visar också utmärkande särdrag som geopetala strukturer , som bildas när böjda skal sätter sig till botten med den konkava framsidan nedåt. Detta fångar ett tomrum som senare kan fyllas av sparite. Geologer använder geopetala strukturer för att bestämma vilken riktning som var uppåt vid tidpunkten för deponering, vilket inte alltid är uppenbart med kraftigt deformerade kalkstensformationer.

Cyanobakterien Hyella balani kan tränga igenom kalksten ; likaså grönalgen Eugamantia sacculata och svampen Ostracolaba implexa .

Mikritiska lerhögar

Micricitiska lerhögar är subcirkulära kupoler av mikritisk kalcit som saknar inre struktur. Moderna exempel är upp till flera hundra meter tjocka och en kilometer tvärs över och har branta sluttningar (med lutningsvinklar på cirka 50 grader). De kan vara sammansatta av peloider som svepts ihop av strömmar och stabiliserats av thallasia- gräs eller mangrove . Bryozoa kan också bidra till högbildning genom att hjälpa till att fånga sediment.

Lerhögar finns i hela den geologiska historiken, och före den tidiga Ordovicium var de den dominerande revtypen i både djupt och grunt vatten. Dessa lerhögar är troligen mikrobiellt ursprung. Efter uppkomsten av rambyggande revorganismer begränsades lerhögar huvudsakligen till djupare vatten.

Organiska rev

Organiska rev bildas på låga breddgrader i grunt vatten, inte mer än några meter djupt. De är komplexa, olika strukturer som finns i hela fossilregistret. De rambyggande organismerna som är ansvariga för organisk revbildning är karakteristiska för olika geologiska tidsperioder: Archaeocyathids dök upp i tidig kambrium ; dessa gav vika för svampar av det sena kambrium ; senare följder inkluderade stromatoporoider, koraller, alger, bryozoer och rudister (en form av musslor). Omfattningen av organiska rev har varierat över geologisk tid, och de var sannolikt mest omfattande i mitten av Devon, när de täckte ett område som uppskattades till 5 000 000 kvadratkilometer (1 900 000 kvadratkilometer). Detta är ungefär tio gånger större än moderna rev. Devoniska reven konstruerades till stor del av stromatoporoider och tabulerade koraller , som förstördes av den sena utrotningen av Devon .

Organiska rev har vanligtvis en komplex inre struktur. Helkroppsfossiler är vanligtvis rikliga, men ooider och interklaster är sällsynta inom revet. Kärnan i ett rev är vanligtvis massiv och obäddad och omges av en talus som är större i volym än kärnan. Talusen innehåller rikliga intraklaster och är vanligtvis antingen floatstone , med 10% eller mer av korn över 2 mm i storlek inbäddade i riklig matris, eller rudstone , som mestadels är stora korn med gles matris. Talus graderas till planktonisk finkornig karbonatlera, sedan icke-karbonatlera bort från revet.

Kalkstenslandskap

The Cudgel of Hercules , en hög kalkstensklippa i Polen ( Pieskowa Skała Castle i bakgrunden)
La Zaplaz-formationer i Piatra Craiului-bergen , Rumänien .

Kalksten är delvis löslig, särskilt i syra, och bildar därför många erosionella landformer. Dessa inkluderar kalkstensbeläggningar , gropar , cenoter , grottor och raviner. Sådana erosionslandskap är kända som karst . Kalksten är mindre motståndskraftig mot erosion än de flesta magmatiska bergarter, men mer motståndskraftig än de flesta andra sedimentära bergarter . Det är därför vanligt förknippat med kullar och downland och förekommer i regioner med andra sedimentära stenar, typiskt leror.

Karstregioner som ligger över kalkstensberggrunden tenderar att ha färre synliga källor ovan jord (dammar och vattendrag), eftersom ytvatten lätt dräneras nedåt genom fogar i kalkstenen. Samtidigt som vatten och organisk syra från marken dräneras, förstorar dessa sprickor långsamt (under tusentals eller miljoner år), vilket löser upp kalciumkarbonatet och för bort det i lösning . De flesta grottsystem är genom berggrund av kalksten. Kylning av grundvatten eller blandning av olika grundvatten kommer också att skapa förutsättningar för grottbildning.

Kustkalkstenar eroderas ofta av organismer som borrar sig in i berget på olika sätt. Denna process är känd som bioerosion . Det är vanligast i tropikerna, och det är känt i hela fossilregistret .

Band av kalksten dyker upp från jordens yta i ofta spektakulära klipphällar och öar. Exempel inkluderar Gibraltarklippan , Burren i grevskapet Clare, Irland; Malham Cove i North Yorkshire och Isle of Wight , England; Great Orme i Wales; på Fårö nära den svenska ön Gotland , Niagara Escarpment i Kanada/USA; Notch Peak i Utah; nationalparken Ha Long Bay i Vietnam ; och kullarna runt Lijiangfloden och staden Guilin i Kina.

Florida Keys , öar utanför Floridas sydkust , består huvudsakligen av oolitisk kalksten (Lower Keys) och karbonatskelett från korallrev (Upper Keys), som trivdes i området under interglaciala perioder när havsnivån var högre än för närvarande.

Unika livsmiljöer finns på alvar , extremt jämna vidder av kalksten med tunna jordmantel. Den största sådan vidden i Europa är Stora Alvaret på Öland, Sverige . Ett annat område med stora mängder kalksten är ön Gotland, Sverige. Enorma stenbrott i nordvästra Europa, som de vid berget Saint Peter (Belgien/Nederländerna), sträcker sig över hundra kilometer.

Används

De megalitiska templen på Malta som Ħaġar Qim är byggda helt av kalksten. De är bland de äldsta fristående strukturerna som finns.
Den stora pyramiden i Giza , ett av den antika världens sju underverk hade ett ytterhölje helt tillverkat av kalksten.

Kalksten är en råvara som används globalt på en mängd olika sätt, inklusive konstruktion, jordbruk och som industrimaterial. Kalksten är mycket vanlig inom arkitektur, särskilt i Europa och Nordamerika. Många landmärken över hela världen, inklusive den stora pyramiden och dess tillhörande komplex i Giza, Egypten , var gjorda av kalksten. Så många byggnader i Kingston , Ontario , Kanada byggdes, och fortsätter att vara, från den att den har fått smeknamnet "Limestone City". Kalksten, omvandlad av värme och tryck producerar marmor, som har använts för många statyer, byggnader och stenskivor. På ön Malta var en mängd kalksten kallad Globigerina-kalksten under lång tid det enda byggnadsmaterialet som fanns tillgängligt och används fortfarande mycket ofta på alla typer av byggnader och skulpturer.

Kalksten kan bearbetas till många olika former såsom tegel, cement, pulveriserad/krossad eller som fyllmedel. Kalksten är lättillgänglig och relativt lätt att skära i block eller mer utarbetad snidning. Forntida amerikanska skulptörer uppskattade kalksten eftersom den var lätt att arbeta och bra för fina detaljer. Går tillbaka till den sena förklassiska perioden (200–100 f.Kr.), skapade Maya-civilisationen (det antika Mexiko) förfinade skulpturer med kalksten på grund av dessa utmärkta snidningsegenskaper. Mayafolket skulle dekorera taken i sina heliga byggnader (kända som överliggare ) och täcka väggarna med snidade kalkstenspaneler. På dessa skulpturer fanns politiska och sociala berättelser, och detta hjälpte till att kommunicera kungens budskap till sitt folk. Kalksten är långvarig och tål exponering, vilket förklarar varför många kalkstensruiner överlever. Den är dock väldigt tung ( densitet 2,6), vilket gör den opraktisk för höga byggnader och relativt dyr som byggmaterial.

Kalksten var mest populär i slutet av 1800-talet och början av 1900-talet. Järnvägsstationer, banker och andra strukturer från den eran var gjorda av kalksten i vissa områden. Den används som fasad på vissa skyskrapor, men bara i tunna plattor för täckning, snarare än solida block. I USA har Indiana, framför allt Bloomington -området, länge varit en källa till högkvalitativ utbruten kalksten, kallad Indiana kalksten . Många berömda byggnader i London är byggda av Portland kalksten . Hus som byggdes i Odessa i Ukraina på 1800-talet byggdes mestadels av kalksten och de omfattande resterna av gruvorna bildar nu Odessas katakomber .

Kalksten var också en mycket populär byggsten under medeltiden i de områden där den förekom, eftersom den är hård, hållbar och vanligen förekommer i lättillgängliga ytexponeringar. Många medeltida kyrkor och slott i Europa är gjorda av kalksten. Ölsten var en populär sorts kalksten för medeltida byggnader i södra England.

Kalksten är råvaran för produktion av kalk, främst känd för att behandla jordar, rena vatten och smälta koppar. Kalk är en viktig ingrediens som används i kemisk industri. Kalksten och (i mindre utsträckning) marmor är reaktiva mot sura lösningar, vilket gör surt regn till ett betydande problem för bevarandet av artefakter gjorda av denna sten. Många kalkstensstatyer och byggnadsytor har fått allvarliga skador på grund av surt regn. Likaså har kalkstensgrus använts för att skydda sjöar som är känsliga för surt regn och fungerar som ett pH-buffert medel. Syrabaserade rengöringskemikalier kan också etsa kalksten, som endast bör rengöras med ett neutralt eller milt alkalibaserat rengöringsmedel.

En kalkstensplatta med negativ karta över Moosburg i Bayern är förberedd för ett litografisk tryck.
Plastpåse "gjord huvudsakligen av kalksten"

Andra användningsområden inkluderar:

  • Det är råvaran för tillverkning av bränd kalk (kalciumoxid), släckt kalk (kalciumhydroxid), cement och murbruk .
  • Pulveriserad kalksten används som jordvårdsmedel för att neutralisera sura jordar ( jordbrukskalk) .
  • Krossas för användning som ballast — den fasta basen för många vägar såväl som i asfaltbetong .
  • Som reagens vid rökgasavsvavling , där den reagerar med svaveldioxid för kontroll av luftföroreningar.
  • Vid glastillverkning , särskilt vid tillverkning av soda-limeglas .
  • Som tillsats till tandkräm, papper, plast, färg, kakel och andra material som både vitt pigment och ett billigt fyllmedel.
  • Som stendamm , för att undertrycka metanexplosioner i underjordiska kolgruvor.
  • Renat tillsätts det till bröd och spannmål som en källa till kalcium.
  • Som kalciumtillskott i djurfoder, t.ex. till fjäderfä (när det mals).
  • För att remineralisera och öka alkaliniteten i renat vatten för att förhindra rörkorrosion och för att återställa viktiga näringsnivåer.
  • I masugnar binder kalksten med kiseldioxid och andra föroreningar för att avlägsna dem från järnet.
  • Det kan hjälpa till att ta bort giftiga komponenter som skapats från koleldade anläggningar och lager av förorenade smälta metaller.

Många kalkstensformationer är porösa och permeabla, vilket gör dem till viktiga petroleumreservoarer . Cirka 20 % av nordamerikanska kolvätereserver finns i karbonatberg. Karbonatreservoarer är mycket vanliga i det petroleumrika Mellanöstern, och karbonatreservoarer rymmer ungefär en tredjedel av alla petroleumreserver i världen. Kalkstensformationer är också vanliga källor till metallmalmer, eftersom deras porositet och permeabilitet, tillsammans med deras kemiska aktivitet, främjar malmavsättning i kalkstenen. Bly - zinkfyndigheterna i Missouri och Northwest Territories är exempel på malmfyndigheter som finns i kalksten .

Brist

Kalksten är en stor industriell råvara som ständigt efterfrågas. Denna råvara har varit väsentlig inom järn- och stålindustrin sedan artonhundratalet. Företag har aldrig haft brist på kalksten; det har dock blivit ett problem eftersom efterfrågan fortsätter att öka och den är fortfarande hög efterfrågan idag. De största potentiella hoten mot försörjningen under artonhundratalet var regional tillgänglighet och tillgänglighet. De två huvudsakliga tillgänglighetsfrågorna var transporter och äganderätt. Andra problem var höga kapitalkostnader på anläggningar och anläggningar på grund av miljöbestämmelser och krav på områdes- och gruvtillstånd. Dessa två dominerande faktorer ledde till anpassning och val av andra material som skapades och formades för att utforma alternativ för kalksten som passade ekonomiska krav.

Kalksten klassificerades som en kritisk råvara och med potentiell risk för brister drev den industrier att hitta nya alternativa material och tekniska system. Detta gjorde att kalksten inte längre klassificerades som kritisk eftersom ersättningsämnen ökade i produktionen; minettmalm är till exempel ett vanligt substitut.

Yrkessäkerhet och hälsa

NFPA 704
branddiamant
1
0
0
Kalksten

Kalksten i pulverform som livsmedelstillsats anses allmänt vara säker och kalksten betraktas inte som ett farligt material. Kalkstensdamm kan dock vara en mild luftvägs- och hudirriterande, och damm som kommer in i ögonen kan orsaka skavsår på hornhinnan . Eftersom kalksten innehåller små mängder kiseldioxid kan inandning av kalkstensdamm potentiellt leda till silikos eller cancer .

Förenta staterna

Occupational Safety and Health Administration (OSHA) har satt den lagliga gränsen ( tillåten exponeringsgräns ) för kalkstensexponering på arbetsplatsen till 15 mg/m 3 total exponering och 5 mg/m 3 andningsexponering under en 8-timmars arbetsdag. National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) har satt ett rekommenderat exponeringsgränsvärde (REL) på 10 mg/m 3 total exponering och 5 mg/m 3 andningsexponering under en 8-timmars arbetsdag.

Graffiti

Att ta bort graffiti från väderbiten kalksten är svårt eftersom det är ett poröst och genomsläppligt material. Ytan är ömtålig så vanliga nötningsmetoder löper risk för kraftiga ytförluster. Eftersom det är en syrakänslig sten kan vissa rengöringsmedel inte användas på grund av negativa effekter.

Galleri

Se även

Referenser

Vidare läsning