Kalkstein

Robert J. Dunham veröffentlichte 1962 sein System für Kalkstein . Es konzentriert sich auf das Ablagerungsgewebe von Carbonatgesteinen. Dunham unterteilt die Gesteine in vier Hauptgruppen, basierend auf den relativen Anteilen der gröberen klastischen Partikel, basierend auf Kriterien wie, ob die Körner ursprünglich in gegenseitigem Kontakt standen und daher selbsttragend waren oder ob das Gestein durch die Anwesenheit von Rahmenbauern gekennzeichnet ist Algenmatten.

Etwa 10% aller Sedimentgesteine sind Kalksteine. Kalkstein ist teilweise löslich, insbesondere in Säure, und bildet daher viele Erosionslandformen. Dazu gehören Kalksteinpflaster, Schlaglöcher, Cenoten, Höhlen und Schluchten. Solche Erosionslandschaften sind als Karst bekannt. Kalkstein ist weniger widerstandsfähig als die meisten magmatischen Gesteine, aber widerstandsfähiger als die meisten anderen Sedimentgesteine. Es ist daher normalerweise mit Hügeln und Tiefland verbunden und kommt in Regionen mit anderen Sedimentgesteinen vor, typischerweise Tonen. Karsttopographie und Höhlen entwickeln sich in Kalksteingesteinen aufgrund ihrer Löslichkeit in verdünntem saurem Grundwasser. Die Löslichkeit von Kalkstein in Wasser und schwach sauren Lösungen führt zu Karstlandschaften. Regionen, die über dem Kalkgestein liegen, weisen tendenziell weniger sichtbare oberirdische Quellen (Teiche und Bäche) auf, da das Oberflächenwasser durch Fugen im Kalkstein leicht nach unten abfließt. Während der Entwässerung vergrößern Wasser und organische Säure langsam (über Tausende oder Millionen von Jahren) diese Risse, lösen das Calciumcarbonat auf und tragen es in Lösung ab. Die meisten Höhlensysteme bestehen aus Kalkstein. Das Abkühlen des Grundwassers oder das Mischen verschiedener Grundwässer schafft auch Bedingungen, die für die Höhlenbildung geeignet sind. Küstenkalksteine werden oft von Organismen erodiert, die auf verschiedene Weise in das Gestein eindringen. Dieser Prozess ist als Bioerosion bekannt. Es ist am häufigsten in den Tropen und im gesamten Fossilienbestand bekannt (siehe Taylor und Wilson, 2003). In oft spektakulären Felsvorsprüngen und Inseln tauchen Kalksteinbänder von der Erdoberfläche auf. Beispiele hierfür sind der Rock of Gibraltar, der Burren in der Grafschaft Clare, Irland; die Verdonschlucht in Frankreich; Malham Cove in North Yorkshire und auf der Isle of Wight, England; die Great Orme in Wales; auf Fårö in der Nähe der schwedischen Insel Gotland, dem Niagara-Steilhang in Kanada / USA, dem Notch Peak in Utah, dem Ha Long Bay-Nationalpark in Vietnam und den Hügeln rund um den Lijiang-Fluss und der Stadt Guilin in China. Die Florida Keys, Inseln vor der Südküste Floridas, bestehen hauptsächlich aus oolitischem Kalkstein (Lower Keys) und Karbonatskeletten von Korallenriffen (Upper Keys), die in der Region während interglazialer Perioden gedieh, als der Meeresspiegel höher war als gegenwärtig. Einzigartige Lebensräume finden sich auf Alvaren, extrem ebenen Kalksteinflächen mit dünnen Bodenmänteln. Die größte derartige Fläche in Europa ist die Stora Alvaret auf der schwedischen Insel Öland. Ein weiteres Gebiet mit großen Mengen an Kalkstein ist die schwedische Insel Gotland. Riesige Steinbrüche in Nordwesteuropa wie der Mount Peter (Belgien / Niederlande) erstrecken sich über mehr als hundert Kilometer. Der weltweit größte Kalksteinbruch befindet sich bei der Michigan Limestone and Chemical Company in Rogers City, Michigan.

Die Löslichkeit von Calciumcarbonat (CaCO3) wird weitgehend durch den Partialdruck von Kohlendioxid (CO2) im Wasser gesteuert. Dies ist in der Reaktion zusammengefasst:

CaCO3 + H2O + CO2 → Ca2 + (aq) + 2 HCO3−

Temperaturerhöhungen oder Druckabfälle neigen dazu, den Partialdruck von CO2 zu verringern und CaCO3 auszufällen. Eine Verringerung des Salzgehalts verringert auch die Löslichkeit von CaCO3 um mehrere Größenordnungen für Süßwasser gegenüber Meerwasser.

Das oberflächennahe Wasser der Erdmeere ist mit einem Faktor von mehr als sechs mit CaCO3 übersättigt. Das Versagen von CaCO3, aus diesen Wässern auszufallen, ist wahrscheinlich auf die Störung der Keimbildung von Calcitkristallen durch gelöste Magnesiumionen zurückzuführen, dem notwendigen ersten Schritt bei der Ausfällung. Obwohl sich Ooide durch rein anorganische Prozesse bilden können, ist der Großteil der CaCO3-Ausfällung in den Ozeanen das Ergebnis biologischer Aktivität. Ein Großteil davon findet auf Carbonatplattformen statt.

Wie die meisten anderen Sedimentgesteine besteht der Kalkstein aus Körnern. Die meisten Körner in Kalkstein sind Skelettfragmente von Meeresorganismen wie Korallen oder Foraminiferen. Diese Organismen scheiden Schalen aus Aragonit oder Calcit aus und lassen diese Schalen zurück, wenn sie sterben. Andere Carbonatkörner, aus denen Kalksteine bestehen, sind Ooide, Peloide, Intraklasten und Extraklasten. Kalkstein enthält häufig unterschiedliche Mengen an Kieselsäure in Form von Chert (Chalcedon, Feuerstein, Jaspis usw.) oder siliciumhaltigem Skelettfragment (Schwammspicules, Kieselalgen, Radiolarien) und Travertin (ein Niederschlag aus Calcit und Aragonit).

Der Kalkstein findet seinen Nutzen in vielen Baumaterialien. So wird er als die Basis für den Straßenbau benutzt. Aus Kalkstein können auch Blöcke hergestellt werden und er wird für die Herstellung von verschiedenen Pigmenten genutzt.