Карбонатные породы — класс осадочных пород , состоящих преимущественно из карбонатных минералов . Двумя основными типами являются известняк , который состоит из кальцита или арагонита (различные кристаллические формы CaCO 3 ), и доломитовая порода (также известная как доломит), которая состоит из минерального доломита (CaMg(CO 3 ) 2 ). Их обычно классифицируют по текстуре и размеру зерна . [1] Важно отметить, что карбонатные породы могут существовать как метаморфические, так и магматические породы. При метаморфизации перекристаллизованных карбонатных пород образуется мрамор . Редкие магматические карбонатные породы существуют даже в виде интрузивных карбонатитов и, еще реже, существует вулканическая карбонатная лава .
Карбонатные породы также являются важным компонентом для понимания геологической истории из-за таких процессов, как диагенез, при которых карбонаты претерпевают изменения в составе на основе кинетических эффектов. [2] Корреляция между этим изменением состава и температурой может быть использована для реконструкции климата прошлого, как это делается в палеоклиматологии . Карбонатные породы также можно использовать для понимания различных других систем, как описано ниже.
Известняк является наиболее распространенной карбонатной породой [3] и представляет собой осадочную породу, состоящую из карбоната кальция с двумя основными полиморфными модификациями : кальцитом и арагонитом. Хотя химический состав этих двух минералов одинаков, их физические свойства значительно различаются из-за разной кристаллической формы . Наиболее распространенной формой, встречающейся на морском дне, является кальцит, а арагонит чаще встречается в биологических организмах. [4]
Кальцит может растворяться в грунтовых водах или осаждаться в грунтовых водах [5] в зависимости от нескольких факторов, включая температуру воды , pH и концентрацию растворенных ионов . Кальцит обладает необычной характеристикой, называемой ретроградной растворимостью, при которой он становится менее растворимым в воде при повышении температуры. Когда условия подходят для выпадения осадков, кальцит образует минеральные покрытия, которые скрепляют существующие зерна породы вместе или могут заполнять трещины.
По сравнению с кальцитом, арагонит менее стабилен и более растворим [ 6 ] и поэтому при определенных условиях может превращаться в кальцит. В растворе ионы магния могут действовать как стимуляторы роста арагонита, поскольку они ингибируют осаждение кальцита . [7] Часто такое подавленное осаждение происходит в биологии, когда организмы стремятся осаждать карбонат кальция из-за своих структурных особенностей, таких как скелет и панцирь .
Открытие доломитовой породы, или доломита , было впервые опубликовано в 1791 году [8] и было обнаружено в земной коре в разные периоды времени . [9] Поскольку порода состоит из ионов кальция , магния и карбоната , кристаллическую структуру минерала можно визуализировать аналогично кальциту и магнезиту . [10] Благодаря такому составу минерал доломит, присутствующий в доломите, можно классифицировать по различной степени включения кальция, а иногда и железа. [9]
Богатый кальцием доломит, или кальциевый доломит, представляет собой доломит, в минеральной форме которого содержится больше кальция, чем магния. Это наиболее распространенная форма доломита, встречающаяся в природе и искусственно в результате синтеза . [9] Этот доломит, образуясь в океанах, может оказаться метастабильным . [9] Полученная структура этого минерала представляет минимальные отличия от обычного доломита, вероятно, в результате образования после первоначального роста кристаллов. [9]
Богатый железом доломит, или железистый доломит, представляет собой долоимит, который содержит значительные следовые количества железа. Из-за схожих ионных радиусов железа (II) и магния железо (II) может легко замещать магний с образованием ферроидломита; марганец также может замещать этот атом. Результат можно определить как анкерит . Точное разграничение того, какие минералы считаются железистым доломитом, а какие анкеритом, неясно. Анкерит с «чистой» химической формулой CaFe(CO 3 ) 2 до сих пор не найден в природе . [9]
Карбонатные породы важны как для понимания человеком атмосферной, так и геологической истории Земли, а также предоставляют людям значительные ресурсы для текущих цивилизационных начинаний, таких как бетон .
Известняк часто используется в бетоне в виде порошка из-за его низкой стоимости. Однако во время формирования бетона разрушение известняка выделяет углекислый газ и вносит значительный вклад в парниковый эффект . [11] Существует значительное количество исследований, изучающих идеальное количество карбоната кальция (полученного из известняка) в бетоне и возможность использования других соединений для обеспечения таких же экономических преимуществ и преимуществ структурной целостности. [11]
Существует множество форм палеоклиматологии , посредством которых карбонатные породы можно использовать для определения климата прошлого. Кораллы и отложения являются хорошо известными аналогами этих реконструкций. Кораллы — это морские организмы со скелетом (камнями) из карбоната кальция, которые во время роста растут в соответствии с океаническими условиями. Диагенез относится к процессу, при котором отложения превращаются в осадочную породу. [12] Сюда входит биологическая активность, эрозия и другие химические реакции. Из-за сильной корреляции между диагенезом и температурой морской воды скелеты кораллов можно использовать в качестве индикатора для понимания климатических последствий прошлого. [13] В частности, соотношение стронция и кальция в арагоните скелета коралла можно использовать, наряду с другими показателями, такими как соотношение изотопов кислорода , для реконструкции изменчивости климата во время роста коралла. Это связано с тем, что стронций иногда заменяет кальций в молекуле карбоната кальция в зависимости от температурных эффектов.
Подобно концепции использования изменений состава скелетов кораллов в качестве индикатора климатических условий, изменения состава морских отложений могут использоваться для той же (и даже более) цели. Обнаруженные здесь изменения в соотношении микроэлементов в карбонатных минералах могут быть использованы для определения закономерностей и в материнских [карбонатных] породах. [14]
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )