stringtranslate.com

Карбонатная порода

Карбонатные ооиды на поверхности известняка ; формация Кармель (средняя юра ) на юге штата Юта , США . Самый большой имеет диаметр 1,0 мм.

Карбонатные породы — это класс осадочных пород, состоящих в основном 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 минерала доломита (CaMg(CO 3 ) 2 ). Обычно их классифицируют на основе текстуры и размера зерна . [1] Важно отметить, что карбонатные породы могут существовать как метаморфические и магматические породы. Когда перекристаллизованные карбонатные породы метаморфизуются , образуется мрамор. Редкие магматические карбонатные породы существуют даже в виде интрузивных карбонатитов , и, еще реже, существует вулканическая карбонатная лава .

Карбонатные породы также являются важнейшими компонентами для понимания геологической истории из-за таких процессов, как диагенез , в которых карбонаты претерпевают изменения состава на основе кинетических эффектов. [2] Корреляция между этим изменением состава и температурой может быть использована для реконструкции прошлого климата, как это делается в палеоклиматологии . Карбонатные породы также могут быть использованы для понимания различных других систем, как описано ниже.

Известняк

Известняк является наиболее распространенной карбонатной породой [3] и представляет собой осадочную породу, состоящую из карбоната кальция с двумя основными полиморфами : кальцитом и арагонитом. Хотя химический состав этих двух минералов одинаков, их физические свойства значительно различаются из-за их различной кристаллической формы . Наиболее распространенной формой, встречающейся на морском дне, является кальцит, в то время как арагонит чаще встречается в биологических организмах. [4]

Кальцит

Кристаллы кальцита из Ираи, Бразилия .

Кальцит может быть либо растворен грунтовыми водами , либо осажден грунтовыми водами, [5] в зависимости от нескольких факторов, включая температуру воды , pH и концентрацию растворенных ионов . Кальцит проявляет необычную характеристику, называемую ретроградной растворимостью, при которой он становится менее растворимым в воде по мере повышения температуры. Когда условия подходят для осаждения, кальцит образует минеральные покрытия, которые цементируют существующие зерна горных пород вместе, или он может заполнять трещины.

Арагонит

По сравнению с кальцитом, арагонит менее стабилен и более растворим , [6] и, таким образом, может быть преобразован в кальцит при определенных условиях. В растворе ионы магния могут действовать как промоторы роста арагонита, поскольку они ингибируют осаждение кальцита . [7] Часто это ингибированное осаждение происходит в биологии, где организмы стремятся осадить карбонат кальция для своих структурных особенностей, таких как скелет и раковины .

Долостоун

Открытие доломитовой породы, или доломита , было впервые опубликовано в 1791 году [8], и она была обнаружена в земной коре в различные периоды времени . [9] Поскольку порода состоит из ионов кальция , магния и карбоната , кристаллическую структуру минерала можно визуализировать аналогичной кальциту и магнезиту . [10] Благодаря этому составу минерал доломит, присутствующий в доломите, можно классифицировать по различной степени включения кальция, а иногда и железа. [9]

Кальциевый доломит

Богатый кальцием доломит, или кальциевый доломит, — это доломит, в минеральной форме которого содержится больше кальция, чем магния. Это наиболее распространенная форма доломита, встречающаяся в природе и искусственно синтезированная . [9] Этот доломит, образующийся в океанах, может оказаться метастабильным . [9] Полученная структура этого минерала имеет минимальные отличия от обычного доломита, вероятно, в результате образования после первоначального роста кристаллов. [9]

Железистый доломит / анкерит

Богатый железом доломит, или ферродоломит, представляет собой долоимит, содержащий значительные следовые количества железа. Из-за схожих ионных радиусов железа (II) и магния , железо (II) может легко замещать магний, образуя ферродоломит; марганец также может замещать этот атом. Результат можно определить как анкерит . Точное разграничение между тем, какие минералы считаются ферродоломитом, а какие анкеритом, неясно. Анкерит с «чистой» химической формулой CaFe(CO 3 ) 2 еще не найден в природе . [9]

Значение

Карбонатные породы важны как для понимания человеком атмосферной и геологической истории Земли, так и для обеспечения людей значительными ресурсами для современных цивилизационных начинаний, таких как производство бетона .

Известняк и бетон

Известняк часто используется в бетоне в виде порошка из-за его низкой стоимости. Однако во время формирования бетона распад 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 то, могут ли другие соединения быть использованы для обеспечения тех же экономических и структурных преимуществ целостности. [11]

Палеоклиматология по карбонатным минералам

Существует множество форм палеоклиматологии , в которых карбонатные породы могут использоваться для определения прошлого климата. Кораллы и осадки являются хорошо известными косвенными показателями для этих реконструкций. Кораллы - это морские организмы со скелетами (породами) из карбоната кальция, которые растут в соответствии с океаническими условиями во время роста. Диагенез относится к процессу, при котором осадки преобразуются в осадочную породу. [12] Это включает в себя биологическую активность, эрозию и другие химические реакции. Из-за сильной корреляции между диагенезом и температурой морской воды , скелеты кораллов могут использоваться в качестве косвенных показателей для понимания прошлых климатических эффектов. [13] В частности, соотношение стронция к кальцию в арагоните скелета коралла может использоваться наряду с другими косвенными показателями, такими как изотопные соотношения кислорода , для реконструкции изменчивости климата, когда коралл рос. 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 косвенных показателей климатических условий, изменения состава морских отложений могут быть использованы для той же цели (и более). Изменения в соотношениях следовых металлов из карбонатных минералов, обнаруженные здесь, могут быть использованы для определения закономерностей из материнских [карбонатных] пород. [14]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Regnet, JB; David, C.; Robion, P.; Menéndez, B. (2019-05-01). «Микроструктуры и физические свойства карбонатных пород: всесторонний обзор». Marine and Petroleum Geology . 103 : 366–376. Bibcode : 2019MarPG.103..366R. doi : 10.1016/j.marpetgeo.2019.02.022. ISSN  0264-8172. S2CID  135198700.
  2. ^ Фантл, Мэтью (2020). «Роль диагенеза в формировании геохимии морских карбонатных отложений». Annual Review of Earth and Planetary Sciences . 48 : 549–583. Bibcode : 2020AREPS..48..549F. doi : 10.1146/annurev-earth-073019-060021 . S2CID  219738220.
  3. ^ Боггс, Сэм (2006). Принципы седиментологии и стратиграфии (4-е изд.). Верхняя Сэддл-Ривер, Нью-Джерси, стр. 177, 181. ISBN 0-13-154728-3.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  4. ^ Сульпис, Оливье; Агравал, Приянка; Вольтерс, Мариетт; Манховен, Гай; Уокер, Мэтью; Мидделбург, Джек Дж. (2022-03-01). «Растворение арагонита защищает кальцит на морском дне». Nature Communications . 13 (1): 1104. Bibcode :2022NatCo..13.1104S. doi :10.1038/s41467-022-28711-z. ISSN  2041-1723. PMC 8888755 . PMID  35232971. 
  5. ^ Sanz, E.; Ayora, C.; Carrera, J.; Tephly, TR (6 мая 2011 г.). «Растворение кальцита путем смешивания вод: геохимическое моделирование и проточные эксперименты». Geologica Acta . 9 (1): 67–77. doi :10.1344/105.000001652.
  6. ^ "Тайна решена: почему минералы ракушек формируются по-разному в морской воде". MIT News | Massachusetts Institute of Technology . 2 марта 2015 г. Получено 2023-03-17 .
  7. ^ Regnet, JB; David, C.; Robion, P.; Menéndez, B. (2019-05-01). «Микроструктуры и физические свойства карбонатных пород: всесторонний обзор». Marine and Petroleum Geology . 103 : 366–376. Bibcode : 2019MarPG.103..366R. doi : 10.1016/j.marpetgeo.2019.02.022. ISSN  0264-8172. S2CID  135198700.
  8. ^ Доломье, DGD (1791). «Sur un de pierres très-peu шипучие с фосфоресцирующими кислотами при столкновении». Журнал де Физика . 39 : 3–10.
  9. ^ abcdef Грегг, Джей М.; Биш, Дэвид Л.; Качмарек, Стивен Э.; Машел, Ханс Г. (октябрь 2015 г.). Холлис, Кэти (ред.). «Минералогия, зарождение и рост доломита в лабораторных и осадочных условиях: обзор». Седиментология . 62 (6): 1749–1769. doi : 10.1111/sed.12202 . S2CID  130135125.
  10. ^ Petrash, Daniel A.; Bialik, Or M.; Bontognali, Tomaso RR; Vasconcelos, Crisógono; Roberts, Jennifer A.; McKenzie, Judith A.; Konhauser, Kurt O. (2017-08-01). «Образование доломита под воздействием микроорганизмов: от поверхности до захоронения». Earth-Science Reviews . 171 : 558–582. Bibcode : 2017ESRv..171..558P. doi : 10.1016/j.earscirev.2017.06.015. ISSN  0012-8252.
  11. ^ ab Wang, Dehui; Shi, Caijun; Farzadnia, Nima; Shi, Zhenguo; Jia, Huangfei (2018-12-20). «Обзор влияния известнякового порошка на свойства бетона». Строительство и строительные материалы . 192 : 153–166. doi : 10.1016/j.conbuildmat.2018.10.119. ISSN  0950-0618. S2CID  139571589.
  12. ^ "Диагенез - обзор | Темы ScienceDirect". www.sciencedirect.com . Получено 2023-03-17 .
  13. ^ Ватанабэ, Цуёси; Жюлье-Леклерк, Энн; Кюиф, Жан-Пьер; Рольон-Бард, Клэр; Дофин, Яннике; Рейно, Стефани (2007-01-01), Кавахата, Х.; Авайя, И. (ред.), "Глава 10. Последние достижения в области биоминерализации кораллов с учетом их значения для палеоклиматологии: краткий обзор", Океанографическая серия издательства Elsevier , Глобальное изменение климата и реакция углеродного цикла в экваториальной части Тихого и Индийского океанов и прилегающих массивах суши, т. 73, Elsevier, стр. 239–495, doi : 10.1016/S0422-9894(06)73010-0, hdl : 2115/56427 , ISBN 9780444529480, S2CID  54844318 , получено 2023-03-17
  14. ^ Мартинес-Руис, Ф.; Кастнер, М.; Гальего-Торрес, Д.; Родриго-Гамис, М.; Ньето-Морено, В.; Ортега-Уэртас, М. (2015-01-01). «Палеоклимат и палеоокеанография за последние 20 000 лет в бассейнах Средиземного моря, как указано в элементах осадка». Quaternary Science Reviews . 107 : 25–46. Bibcode : 2015QSRv..107...25M. doi : 10.1016/j.quascirev.2014.09.018. ISSN  0277-3791.