kalkstein

Kalkstein er begrepet som brukes for å beskrive sedimentære bergarter som hovedsakelig består av det kjemiske stoffet kalsiumkarbonat (CaCO ₃ ) i form av mineralene kalsitt og aragonitt .

Kalkstein er en ekstremt variabel stein; dette gjelder både dets dannelse og dets egenskaper, utseende og økonomisk brukervennlighet. Det er derfor et eget felt innen geologi , karbonatsedimentologi , som utelukkende omhandler dannelsen og egenskapene til de forskjellige kalksteinene. De fleste kalksteiner er av biogen opprinnelse (dannet av levende ting), men det er også kjemisk utfelte og klastiske kalksteiner.

Kalkstein er av enorm økonomisk betydning som råvare for byggebransjen og som en naturstein . Slike forekomster er også lagringsbergart for råolje og naturgass.

Konverteringsbergarter som marmor og vulkanske bergarter som kalsittkarbonat regnes ikke blant kalksteinene i smalere forstand, selv om disse også hovedsakelig består av kalsitt eller andre kalsiumkarbonater .

Disambiguation

Begrepet kalkstein brukes i såvel språk som i teknisk og vitenskapelig terminologi, men annerledes. Selv om begrepet brukes relativt omfattende i vitenskapelig språk og, i tillegg til de sterkt konsoliderte kalksteinene, også relativt smuldrende bergarter som kritt er tildelt kalksteinene, er begrepet i byggematerialebransjen ganske begrenset til sterkt konsoliderte kalksteiner.

Videre i stonemasonry og stein carving handel og i den naturlige steinindustrien, kalkstein som kan poleres blir ofte referert til som "marmor", selv om de ikke er kuler i den geologiske forstand. I geofagene er marmor en metamorf stein .

sammensetning

Kalkstein består hovedsakelig av mineraler kalsitt og aragonitt , to krystallisasjonstrinn former av kalsiumkarbonat ( karbonat kalsium _CaCO3). Andre mineraler forekommer i mer eller mindre svingende proporsjoner. Disse inkluderer leiremineraler , dolomitt (CaMg (CO ₃ ) ₂ ), kvarts , gips og andre. Hvis andelen dolomitt dominerer, kalles det dolomittstein . Hvis kalksteinen har en relativt høy andel leiremineraler, kalles den mergel . Kalkstein kan også inneholde opptil flere prosent organisk materiale og kalles da bituminøs kalk (også kalt stinkkalk hvis hydrogensulfid er tilstede).

eiendommer

Kalkstein er vanligvis lys, hvit til okerfarget, avhengig av innholdet av mangan , jernoksider og andre fargede mineraler.

Med en Mohs -hardhet på 3 er kalkstein relativt mykt.

Tetthet av tett (= ikke-porøs) kalkstein er 2,6-2,9 kg / dm ³ . ^[1]

Dannelse av kalkstein

Kalkstein kan være av flere typer innenfor sedimentære bergarter . Majoriteten av kalksteinen er av biogen opprinnelse, noe som betyr at den ble dannet og avsatt av levende ting. Kalkstein kan også utfelles fra vannet ved kjemiske prosesser (som igjen kan påvirkes av levende ting). Videre kan en stein som består av kalsiumkarbonat (kalkstein eller marmor) fjernes, transporteres og deponeres igjen på et annet sted som klastisk sediment.

Biogen kalkstein

Hvis den er av biogen opprinnelse, blir kalkstein for det meste avsatt av mikroorganismer eller steinete koraller . Kalkstein er også å finne underordnet, som hovedsakelig består av snegler , blåskjell eller svamper . Uansett består bergarten av kalsiumkarbonat, som var en komponent av levende vesener og ble avsatt for å bygge ytre eller indre skjeletter .

Kalkstein avsatt av mikroorganismer

Kalksteiner avsatt av mikroorganismer - inkludert kritt - er vanligvis fine, mikrokrystallinske sedimentære bergarter som dannes ved avsetning av skjell av fossile mikroorganismer, spesielt kokolitter av kokolitoforene og skall av foraminifera . Kalkskillende alger og bakterier ( stromatolitter ) kan også danne stein. På grunn av deres ofte massive struktur, er de også kjent som massekalkstein . Du kan også finne utfelt kalsitt i fjellet, slik at det er flytende overganger til den utfelte kalksteinen. Makrofossiler kan sees med det blotte øye, mer eller mindre hyppig og ofte knyttet til smalt definerte steder, som dermed indikerer overgangsfaser til den fossile kalksteinen.

Bergarten dannes når skjellene synker til bunns etter det levende skapningens død og i utgangspunktet danner såkalt kalkslam. Kalkslam kan bare dannes opp til en viss dybde i det åpne havet. Under den såkalte karbonatkompensasjonslinjen er kalsiumkarbonatet fullstendig oppløst på grunn av vanntrykket, slik at sedimentene under denne linjen alltid er karbonatfrie. Dybden på karbonatkompensasjonslinjen varierer; i tropene, for eksempel, er det mellom 4500 og 5000 meter vanndybde.

Slammets diagenese skaper da solid kalkstein. Nye kalsittkrystaller dannes under størkning. Det meste av den opprinnelig tilstedeværende aragonitten omdannes til kalsitt. Hulrom kan fylles med senere (sekundære) dannede krystaller eller de eksisterende sedimentstrukturene kan bli mer eller mindre helt uskarpe ved sterk omkrystallisering.

Fossil kalkstein

Fossil kalkstein er navnet på steiner eller lag i ellers massive kalksteiner, som for det meste består av fossiler som er synlige for det blotte øye. Korallkalkstein er vanligst over hele verden, ettersom deres vekst på korallrev kan gi betydelige bergtykkelser. Andre, som ofte finnes fossile limes er oppkalt etter deres (hoved) bergarts formers bløtdyr kalkstein , foraminiferous kalkstein (også nummulite kalksten ), brachiopod kalkstein , bryozoan kalkstein , goniatite kalkstein , Sjøliljer kalkstein eller andre dyregrupper. Nullipore-kalk produseres ved kalkseparerende , flercellede alger. Berg fra blåskjell kalles blåskjell kalkstein, eller hvis strukturen er veldig tydelig synlig, som blåskjell .

Med fossilene bevart i kalksteinen, skilles det mellom lokalsamfunn og gravfellesskap . Livssamfunn representerer organismer som forekommer på stedet og er innebygd i sedimentet umiddelbart etter deres død eller er allerede innebygd som levende vesener som lever på bakken. Gravesamfunn transporteres med strøm og andre transportmekanismer og deponeres igjen på et passende sted (f.eks. Bekkeskygge). Dyrene den inneholder har stort sett ikke bebodd en biotop .

Mens koraller og andre revkalkstein allerede er ganske solide kalkstein, gjennomgår de andre fossile kalksteinene i utgangspunktet en diagenetisk herding som ligner massekalksteinen som er diskutert ovenfor. Påfølgende omkrystallisering kan vesentlig endre all fossil kalkstein, inkludert revkalkstein.

Kjemisk og biogenisk utfelt kalkstein

Naturlig forekommende vann (både sjø og ferskvann) inneholder alltid mer eller mindre store mengder kalsiumhydrogenkarbonat . Som beskrevet i den koblede artikkelen om dette stoffet, er det i kjemisk likevekt med kalsiumkarbonat, karbondioksid og vann. Hvis det kommer mer kalsiumkarbonat i vannet (men ikke mer karbondioksid, noe som er en forutsetning for dannelsen av hydrogenkarbonatet), skifter likevekten til siden av kalsiumkarbonatet, som faller ut på grunn av lav vannløselighet. Kalsiumkarbonat produsert på denne måten var ikke tidligere en komponent av levende vesener. Kalkstein kan dermed være en del av evaporittserier . Kalkstein forekommer i fordampningssekvensen på grunn av den relativt lave løseligheten av kalsiumkarbonat ved foten av bergarterien. Han er den første som ble deponert. Dette blir vanligvis fulgt av gips og over det de lett løselige saltsteinene, for eksempel steinsalt . I sjøen kan kalsittkrystaller bare avsettes på de øverste 200 m, ettersom løseligheten for karbondioksid øker på større dybder på grunn av det økende vanntrykket og den ovennevnte kjemiske likevekten skifter helt til siden av det lett oppløselige kalsiumhydrogenet karbonat. Kalsittkrystaller kan imidlertid synke ned til karbonatkompensasjonslinjen definert på denne måten.

Nedbøren av kalsiumkarbonat kan skje helt uten deltakelse av levende ting, men støttes for det meste av aktiviteten til levende ting (spesielt alger, i ferskvann også moser). Fotosyntesen til plantene forbruker karbondioksid i vannet, hvorved den ovennevnte kjemiske likevekten også forskyves til siden av kalsiumkarbonatet, som nå i større grad faller ut av løsningen som kalsitt.

Nedbøren av kalsitten finner sted både i vannsøylen og i bunnen av vannmasser direkte på undergrunnen. I det første tilfellet dannes mikroskopiske krystaller i vannforekomsten, som synker til bunnen og også danner kalkslam der. Deres diagenese resulterer deretter i en solid kalkstein. I det andre tilfellet vokser kalsittkrystallene direkte på andre krystaller på bunnen av vannet, slik at de også kan bosette seg i elver. Denne mekanismen er nødvendig for dannelse av travertin eller kalkstein .

De kjemisk utfelte kalksteinene inkluderer også de kalkholdige oolittene , der karbonatavsetningen skjer konsentrisk rundt krystalliseringskjerner.

Klastiske kalksteiner

Under visse forhold kan klastiske sedimentære bergarter nesten utelukkende bestå av kalsiumkarbonat og blir deretter vanligvis referert til som kalkstein. Strengt tatt bør de klassifiseres i en av kategoriene for klastiske sedimenter. Vanligvis har disse sedimentene en stor kornstørrelse, siden mindre partikler raskt ødelegger karbonat. På grunn av den lave mekaniske og kjemiske motstanden ble kornene vanligvis bare transportert over korte avstander. De mest utbredte er såkalte revhellbreccier, der ødelagt, hovedsakelig kantet revmateriale akkumuleres ved foten av et korallrev. Petrografisk er det mer en breccia enn en kalkstein. Et spesielt tilfelle er kalsarenitt , der fossile fragmenter blandes med fragmenter av annen kalkstein som dannes i marine grunne vannsoner. I noen tilfeller binder en enda mer finkornet mikritisk masse de små klastene.

Klassifisering av klastiske kalksteiner (i henhold til gjennomsnittlig kornstørrelse):

• Ruditt > 2 mm
• Arenitt 2-0.063 mm
• Siltitt 0,063-0,004 mm
• Lutitt 0,004-0,001 mm
• Kryptitt <0,001 mm

Utseende

I de fleste tilfeller er kalksteinene lyse, grå til grå-gule. På grunn av tilsetning av andre mineraler (for eksempel jernforbindelser), vises sterkere, spesielt røde farger ganske ofte. Bituminøse kalksteiner kan også være mørkegrå til svarte. Kjemisk utfelte kalkstein eller kalkstein avsatt av mikroorganismer er vanligvis finkornet og tett. Avhengig av forholdene de ble dannet i, kan det finnes fossiler der mer eller mindre ofte. Fossil kalkstein, derimot, har mange lett gjenkjennelige fossiler. Disse kalkene inneholder ofte porer og andre hulrom. Ekstremt store hulrom inneholder ferskvannskalkstein, travertin eller tufa.

ID

I praksis påvises kalkstein ved bruk av 10% saltsyre i den såkalte karbonat-testen (kalktest). Hvis en dråpe saltsyre legges på en kalkstein, vil den koke kraftig opp. Karbondioksid frigjøres. Når det gjelder dolomitt , gir det samme eksperimentet ingen brudd. Dannelse av bobler i dolomitt er bare synlig under et forstørrelsesglass. Hvis saltsyre tilsettes dolomitt, vil den også brøle. Med dette kan kalkstein skilles fra dolomitt i naturen ved hjelp av en enkel metode, og kalkstein kan tydelig identifiseres. Det totale kalsiumkarbonatinnholdet i en sedimentær stein (eller kalkholdig jord) kan bestemmes med den såkalte karbonatbestemmelsen ifølge Scheibler med spesialutstyr i laboratoriet.

Forvitring av kalksteinen

Karst og ferskvannskalkstein

På grunn av karbonatets relativt gode løselighet er kalkstein en stein som er relativt utsatt for kjemisk forvitring og derfor danner spesielle løsningsformer. Motsatt kan imidlertid det oppløste karbonatet utfelles igjen og også produsere spesielle bergarter og former (tufa, kalkstein , travertin). Begge er oppsummert under begrepet karst eller karst .

En karakteristisk jordtype utvikler seg på kalksteinen utsatt for forvitring, rendzina . Hvis kalkstein forvitres under jorden, opprettes det huler . Stalaktittgrotter dannes i samspillet mellom forskjellige faktorer. Stalaktittene i disse hulene vokser som kalksteinsinter .

Fysisk forvitring

Kalkstein vær lett under subarktisk og arktisk klima så vel som i høye fjell ved hjelp av frostsprengning og danner deretter kataklastiske breccier. Den sprø steinen er utsatt for vekslende frost og høy luftfuktighet. Den forvitrer til periglacial lag, som de nylig finnes i de høye kalksteinfjellene og mer sjelden i flate områder på de arktiske breddegrader. Periglacial kalksteinrester samler seg på nordlige skråninger eller i skyggelagte huler; den er kantet og viser knapt tegn til kjemisk forvitring på grunn av klimaet. Kalkrester i høyfjellet koloniseres først av planter når det har roet seg. Disse følger en rekkefølge, som i Alpene leder enten over kalksteinene eller snødalfloraen over kalde busker til fjellfurubusker.

Økonomisk bruk

Avhengig av egenskapene er kalkstein ekstremt allsidig. Fremfor alt brukes tette kalksteiner som lette å bearbeide naturstein .

Kalkstein er en av de viktigste råvarene for byggevareindustrien. For å gjøre dette, blir det bearbeidet i kalkverk og omgjort til kalk . Avhengig av forekomsten, oppfører kalksteinen seg annerledes når den brennes når det gjelder kinetikk, energiforbruk og den resulterende kalkkvaliteten. ^[2] Eller det males og blandes med leirete materialer brent til sement, som er bindemidlet for produksjon av betong (blanding av sement, vann og tilslag som sand og grus). Kalkstein brukes også i glassindustrien fordi den introduserer kalsium i glassmelten.

Kalkstein brukes som karbonat for avsvovling av røykgasser . Finmalet kalkstein brukes i landbruk og vannforvaltning for å forhindre forsuring av jord og vann. Kalsiumforbindelsen brukes som tilsetningsstoff i glassindustrien og for slaggedannelse i metallurgisk industri. På grunn av denne sammensetningen brukes kalkstein også som gjødsel .

Svært rene kalkstein (hvit kalk) er råvarer for kjemisk industri eller bearbeides til terrazzo (Ulmer hvit kalk).

Porøse kalkstein, spesielt fossil kalkstein, er en av de viktigste lagringssteinene for råolje og naturgass . De rikeste oljeforekomstene på jorden på Den arabiske halvøy ligger i revkalkstein som ble dannet i jura- og krittperioden . Det er derfor kalkstein brukes som en indikator ved prospektering av innskudd.

Kalkstein av lavere kvalitet, som normalt ble ansett som et avfallsprodukt, har i økende grad blitt brukt i produksjon av steinpapir de siste årene. ^[3]

Skje

Som regel

Kalkstein er svært vanlige bergarter på kontinentene og hyllene. I følge Paul Williams og Derek Ford, tar karbonatstein 10-15% av det ikke-isete landområdet. ^[4] De finnes både på relativt gamle geologiske bord og i geologisk unge fjell . Imidlertid trekker de seg tilbake fra de eldgamle skjoldene og havbunnene. Det meste av kalksteinen ble opprinnelig dannet i (grunt) hav og hevet over havnivå ved tektoniske prosesser. Jordbundne kalksteiner (dannet på fastlandet) krever nesten alltid eldre kalkforekomster i nærheten, som er nødvendige som et leveringsområde for kalsiumet. For eksempel er tufaforekomstene i Thüringen alltid knyttet til tilstedeværelsen av kalkstein fra skallkalksteinen.

Kalksteiner er spesielt utbredt på den nordlige halvkule, mens de gamle Gondwana -kontinentene har relativt små forekomster, bortsett fra i margene, der det også er store områder av nyere krittkalkserier som Nullarbor -sletten i Australia. Karbonater finnes på alle breddegrader og i alle høyder på jordoverflaten, fra Nord -Sibir og Arctic Canadian Shield til Mount Everest samt Florida og Papua Ny -Guinea. Toppen av Mount Everest er hovedsakelig laget av kalkstein. ^[5]

Europa

Store forekomster av kalkstein kan finnes i Sentral -Europa i den sentrale og sørlige delen av Tyskland (hovedsakelig kalkstein fra Muschelkalk og Øvre Jura), i den sveitsiske og franske Jura og i de nordlige og sørlige Alpene . Videre kan man også ofte finne kalkstein som rusk fra istiden i Nord -Tyskland. Kalksteinene kommer hovedsakelig fra Sør- og Midt -Sverige og fra det sentrale og nordlige Østersjøbassenget.

Store landskap som hovedsakelig er preget av kalkstein, er for eksempel Schwaben og Franconian Alb , samt de nordlige kalkstein -alpene eller kysten av Dalmatia . Det mest kjente gruveområdet i Tyskland er i Altmühltal med Solnhofen kalkstein og Jura kalkstein .

Betydelige travertinforekomster ligger i Tyskland, for eksempel i Stuttgart-Bad Cannstatt og i Thüringen-bassenget (f.eks. Weimar-Ehringsdorf).

Kritt er eksponert på mange steder langs det europeiske krittbeltet. Beltet strekker seg fra Storbritannia via Frankrike til det sentrale Østersjøen og blir også demontert noen steder.

Kalkstein har blitt utvunnet minst siden den romerske antikken, for eksempel på øya Brač (byggemateriale Diocletians palass i Split ). Et av de eldste kalkbruddene i Tyskland er det historiske kalkbruddet i Rüdersdorf i Brandenburg , som dateres tilbake til cisterciensernes arbeid på 1200 -tallet.

Egypt

I det gamle Egypt ble kalkstein brukt som byggemateriale for mastaba -gravene siden det første dynastiet og for pyramidene i det tredje til sjette dynastiet. Den mindre gode, hovedsakelig porøse kalksteinen ble brukt til fundamenter og kjernestrukturer, den for det meste hvite, fine kalksteinen fra den østlige bredden av Nilen fra Mokkatam og Tura til utvendig kledning. ^[6] En detaljert bestemmelse av de gamle egyptiske kalkbruddene ble gjort av Dietrich Klemm og Rosemarie Klemm . ^[7]

Spesielle former for kalkstein

Spesielle varianter:

• Faxekalk
• Kalsarenitt

Ferskvannskalkstein:

• Stalaktitt
• Steinrenne
• Månemelk
• Kalk sintrede terrasser i Pamukkale , Mammoth Hot Springs og i Plitvice Lakes National Park

Typer naturstein

• Adneter Kalkstein (Østerrike)
• Kaiserstein
• Jurassic Limestone (Bayern)
• Solnhofen kalkstein (Bayern)
• Elmkalkstein (Niedersachsen)
• Cannstatter Travertine (Baden-Wuerttemberg)
• Blaustein (naturstein) (Nordrhein-Westfalen)
• Belgisk granitt eller petit granitt (Belgia)
• Irsk kalkstein (Irland)
• Marès (Mallorca)
• Meleke (Israel)
• Savonnières (Frankrike)
• Urgonia (Frankrike)

Se også

• Liste over bergarter
• Liste over bergarter etter genese
• Kalkskala
• Kalk fungerer
• Naturstein overflater
• Kalkeifel

litteratur

• Walter Maresch, Olaf Medenbach: Rocks. (= Steinbachs naturveiledning. ). Mosaik, München 1996, ISBN 3-576-10699-5 .
• Rosemarie Klemm, Dietrich Klemm: Steiner og steinbrudd i det gamle Egypt. Springer, Berlin 1993, ISBN 3-540-54685-5 .

weblenker

• Mineralatlas: Kalkstein

Individuelle bevis

1. ↑ kalkstein mineraler profil steine-und-minerale.de, åpnes 10. oktober 2018th
2. ^ Hartmut Kainer: Kobling av varme og materialutveksling med kjemisk kinetikk ved dekomponering av naturlige karbonater. Avhandling. Clausthal University of Technology, desember 1982.
3. ↑Papiret som virkelig rocker. på: taz.de , åpnet 7. juli 2014.
4. ^ Paul W. Williams, Derek C. Ford: Global distriguion av karbonatbergarter. I: Karl-Heinz Pfeffer (red.): Karst Sheets 18–21. International Atlas of Karst Phenomena (= journal for geomorfologi. Supplement bind 147). Gebrüder Bornträger, Berlin et al.2006 , ISBN 3-443-21147-X , s. 1-2.
5. ^ Paul W. Williams, Derek C. Ford: Global distriguion av karbonatbergarter. I: Karl-Heinz Pfeffer (red.): Karst Sheets 18–21. International Atlas of Karst Phenomena (= journal for geomorfologi. Supplement bind 147). Gebrüder Bornträger, Berlin et al.2006 , ISBN 3-443-21147-X , s. 1–2, her s. 2.
6. ^ Dieter Arnold : Leksikon for egyptisk arkitektur. Artemis & Winkler, München 1997, ISBN 3-7608-1099-3 , s.119 .
7. ^ Rosemarie Klemm, Dietrich D. Klemm: Steiner og steinbrudd i det gamle Egypt. Springer, Berlin 1993, ISBN 3-540-54685-5 , s. 29-198.