Kalksteen

Robert J. Dunham publiceerde zijn systeem voor kalksteen in 1962. Het richt zich op het afzettingsweefsel van carbonaatgesteenten. Dunham verdeelt de rotsen in vier hoofdgroepen op basis van relatieve verhoudingen van grovere klastische deeltjes, gebaseerd op criteria zoals of de korrels oorspronkelijk in onderling contact waren en dus zelfdragend, of dat de rots wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van framebouwers en algenmatten.

Ongeveer 10% van alle afzettingsgesteenten zijn kalksteen. Kalksteen is gedeeltelijk oplosbaar, vooral in zuur, en vormt daarom veel erosie-landvormen. Deze omvatten kalkstenen trottoirs, kuilen, cenotes, grotten en kloven. Dergelijke erosielandschappen staan bekend als karsts. Kalksteen is minder resistent dan de meeste stollingsgesteenten, maar resistenter dan de meeste andere sedimentaire gesteenten. Het wordt daarom meestal geassocieerd met heuvels en het binnenland, en komt voor in gebieden met andere afzettingsgesteenten, meestal kleien. Karsttopografie en grotten ontwikkelen zich in kalksteenrotsen vanwege hun oplosbaarheid in verdund zuur grondwater. De oplosbaarheid van kalksteen in water en zwakke zure oplossingen leidt tot karstlandschappen. Gebieden boven kalksteenbodem hebben meestal minder zichtbare bovengrondse bronnen (vijvers en beekjes), omdat oppervlaktewater gemakkelijk naar beneden loopt via voegen in de kalksteen. Tijdens het aftappen vergroten water en organisch zuur uit de bodem langzaam (gedurende duizenden of miljoenen jaren) deze scheuren, lost het calciumcarbonaat op en voert het in oplossing af. De meeste grottenstelsels zijn door kalksteen gesteente. Door het koelen van grondwater of het mengen van verschillende grondwaters ontstaan er ook omstandigheden die geschikt zijn voor grotvorming. Kalksteen aan de kust wordt vaak uitgehold door organismen die op verschillende manieren in de rots zijn geboord. Dit proces staat bekend als bio-erosie. Het komt het meest voor in de tropen, en het is bekend in het fossielenarchief (zie Taylor en Wilson, 2003). Stroken kalksteen komen uit het aardoppervlak tevoorschijn in vaak spectaculaire rotspartijen en eilanden. Voorbeelden zijn de Rots van Gibraltar, de Burren in County Clare, Ierland; de Verdon-kloof in Frankrijk; Malham Cove in North Yorkshire en het Isle of Wight, Engeland; de Great Orme in Wales; op Fårö nabij het Zweedse eiland Gotland, de Niagara Escarpment in Canada / Verenigde Staten, Notch Peak in Utah, het Ha Long Bay National Park in Vietnam en de heuvels rond de rivier de Lijiang en de stad Guilin in China. De Florida Keys, eilanden voor de zuidkust van Florida, bestaan voornamelijk uit oolitische kalksteen (de Lower Keys) en de carbonaatskeletten van koraalriffen (de Upper Keys), die in het gebied bloeiden tijdens interglaciale periodes toen het zeeniveau hoger was dan Momenteel. Unieke habitats zijn te vinden op alvars, extreem vlakke uitgestrekte kalksteen met dunne grondmantels. De grootste van dergelijke uitgestrektheid in Europa is de Stora Alvaret op het eiland Öland, Zweden. Een ander gebied met grote hoeveelheden kalksteen is het eiland Gotland, Zweden. Enorme steengroeven in Noordwest-Europa, zoals die van de Sint-Pietersberg (België / Nederland), strekken zich uit over meer dan honderd kilometer. De grootste kalksteengroeve ter wereld bevindt zich in Michigan Limestone and Chemical Company in Rogers City, Michigan.

De oplosbaarheid van calciumcarbonaat (CaCO3) wordt grotendeels bepaald door de partiële druk van kooldioxide (CO2) in het water. Dit wordt samengevat in de reactie:

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

Verhogingen in temperatuur of dalingen in druk hebben de neiging om de partiële druk van CO2 te verlagen en CaCO3 neer te slaan. Vermindering van het zoutgehalte vermindert ook de oplosbaarheid van CaCO3, met verschillende ordes van grootte voor zoet water versus zeewater.

Het oppervlaktewater van de oceanen op aarde is met een factor zes oververzadigd met CaCO3. Het niet neerslaan van CaCO3 uit deze wateren is waarschijnlijk te wijten aan interferentie door opgeloste magnesiumionen met kiemvorming van calcietkristallen, de noodzakelijke eerste stap bij het neerslaan. Hoewel ooids gevormd kunnen worden door puur anorganische processen, is het grootste deel van de CaCO3-neerslag in de oceanen het resultaat van biologische activiteit. Veel hiervan vindt plaats op carbonaatplatforms.

Net als de meeste andere sedimentaire gesteenten, is de meest kalksteen samengesteld uit granen. De meeste korrels in kalksteen zijn skeletfragmenten van mariene organismen zoals koraal of foraminiferen. Deze organismen scheiden schelpen van aragoniet of calciet af en laten deze schelpen achter als ze doodgaan. Andere carbonaatkorrels waaruit kalksteen bestaat zijn ooïden, peloïden, intraclasten en extraclasten. Kalksteen bevat vaak variabele hoeveelheden silica in de vorm van vuursteen (chalcedoon, vuursteen, jaspis, enz.) of kiezelachtig skeletfragment (sponsspicula, diatomeeën, radiolarians) en travertijn (een neerslag van calciet en aragoniet).

Kalksteen wordt veel gebruikt tijdens de productie van bouwmaterialen. Portlandklinker, de belangrijkste grondstof voor portlandcement, bestaat voor ongeveer 70% uit kalksteen. Kalksteen wordt ook gebruikt in de hoogovens bij de productie van staal, om onzuiverheden als silica te kunnen verwijderen. In de voorloper van de offsetdrukmethode, lithografie, wordt kalksteen gebruikt als drager voor de te drukken afbeelding.