Кіріспе
Доломит (доломит жынысы, доломиттік жыныс немесе доломиттік жыныс деп те аталады) – доломит минералының, CaMg(CO3)2, жоғары мөлшерін қамтитын шөгінді карбонатты жыныс. Ол кеңінен таралған, көбінесе әктас және булану шөгінділерімен қатар кездеседі, бірақ әктасқа қарағанда сирек және 66 миллион жылдан кем ғасырлық кензойлық жыныстарда өте сирек кездеседі. Доломит пен әктасты алғаш рет ажыратқан геолог – француз минералог-геологы Деодат Гратет де Доломие. Ол 18-шы ғасырдың соңында доломит минералының ерекше қасиеттерін анықтап, сипаттап, оны әктастан ерекшеледі. Көбінесе доломит, литификацияға дейін әктастың немесе әктас сазының магниймен алмасуы нәтижесінде пайда болады. Кальцитті доломит минералына айналдыру процесі доломиттану деп аталады, ал аралық өнім доломиттік әктас деп аталады. «Доломит мәселесі» – бұл геологиялық тарихтың өткен кезеңдерінде доломит кендерінің кеңінен таралуымен, қазіргі заманда доломит пайда болуының шектеулі мөлшерінің арасындағы қарама-қайшылықты білдіреді. Жақындағы зерттеулер көрсеткендей, анаэробты жағдайда тіршілік ететін сульфатты азайту бактериялары доломит тұнбасын жасайды, бұл кейбір бұрынғы доломит кендері микробтық белсенділік нәтижесі болуы мүмкін екенін көрсетеді. Доломит эрозияға төзімді және қабатты немесе қабатсыз құрылымда болуы мүмкін. Ол әлсіз қышқылды жер асты суларында әктасқа қарағанда нашар ериді, бірақ уақыт өте келе ерітіндік нысандарды (карст) қалыптастыра алады. Доломит жынысы мұнай мен табиғи газ кендері ретінде пайдаланылуы мүмкін.
Dolomite (also known as dolomite rock, dolostone or dolomitic rock) is a sedimentary carbonate rock that contains a high percentage of the mineral dolomite, CaMg(CO3)2. It occurs widely, often in association with limestone and evaporites, though it is less abundant than limestone and rare in Cenozoic rock beds (beds less than about 66 million years in age). The first geologist to distinguish dolomite from limestone was Déodat Gratet de Dolomieu; a French mineralogist and geologist whom it is named after. He recognized and described the distinct characteristics of dolomite in the late 18th century, differentiating it from limestone. Most dolomite was formed as a magnesium replacement of limestone or of lime mud before lithification. The geological process of conversion of calcite to dolomite is known as dolomitization and any intermediate product is known as dolomitic limestone. The "dolomite problem" refers to the vast worldwide depositions of dolomite in the past geologic record in contrast to the limited amounts of dolomite formed in modern times. Recent research has revealed sulfate reducing bacteria living in anoxic conditions precipitate dolomite which indicates that some past dolomite deposits may be due to microbial activity. Dolomite is resistant to erosion and can either contain bedded layers or be unbedded. It is less soluble than limestone in weakly acidic groundwater, but it can still develop solution features (karst) over time. Dolomite rock can act as an oil and natural gas reservoir.
Атауы
Доломит өзінің атауын 18 ғасырдағы француз минералогы Деодат Гратет де Доломиеуден (1750–1801) алады, ол бұл минералды алғаш сипаттағандардың бірі болды. Доломит термині кальций-магний карбонаты минералын да, негізінен осы минералдан түзілген шөгінді тау жыныстарын да білдіреді. Екеуінің шатасуын болдырмау үшін 1948 жылы долостон термині енгізілді. Дегенмен, долостон терминінің қолданылуы күмәнді, себебі доломит атауы алғаш рет 18 ғасырдың соңында тау жынысына қатысты қолданылған, демек, техникалық тұрғыдан басымдыққа ие. Америка геологиялық институты жариялаған Геология сөздігі долостон терминін қолдануды ұсынбаған. Ескі USGS басылымдарында доломит магнийлі әк тас деп аталған, ал қазір бұл термин магний азайытқан доломиттерге немесе магнийге бай әк тастарға қолданылады.
Сипаттама
Доломит тауы – 50%-дан астам доломит минералынан тұратын шөгінді карбонат тауы. Доломит магний мен кальцийдің шамамен 1:1 стехиометриялық қатынасымен сипатталады. Ол жоғары магнийлі әктас тасқа қарағанда ерекшеленеді, себебі магний мен кальций доломит минералының жеке түйіршіктерінде реттелген қабаттарды құрайды, жоғары магнийлі кальцит түйіршіктеріндегідей кездейсоқ орналаспайды. Табиғи доломиттегі магнийдің жалпы магний және кальций мөлшеріне шаққандағы үлесі 44-50% аралығында болады, бұл магний қабаттарына кальцийдің енуін көрсетеді. Қара темірдің шағын мөлшері әдетте магнийді алмастырады, әсіресе көне доломиттерде. Карбонат таулары көбінесе дерлік толығымен кальциттен немесе доломиттен тұрады, аралық құрамы сирек кездеседі. Доломиттың табиғи шығындары олардың жұмсақтығымен (доломит минералының Моос шкаласы бойынша қаттылығы 4 немесе одан төмен, көптеген силикатты минералдардан төмен) және сұйылтылған тұз қышқылының тамшысы тамғанда әлсіз көпіршік пайда болуымен анықталады. Бұл доломитті әк тастан ажыратады, ол да жұмсақ, бірақ сұйылтылған тұз қышқылымен күшті реакцияға түседі. Доломит әдетте қара темірдің болуына байланысты ерекше күңгірт сары қоңыр түске ие болады. Бұл доломиттың тозу процесінде босатылып, тотығады. Доломит көбінесе қант дәндеріне ұқсас пішіндегі түйіршіктерден тұрады. Микроскоппен қарағанда, доломиттың жұқа бөліктері әдетте жақсы пішінді ромб тәрізді жеке түйіршіктерді, айқын кеуектілікті көрсетеді. Осының нәтижесінде, жер астындағы доломит жер астындағы әктасқа қарағанда көбірек кеуекті болады және карбонат тауларының мұнай қоймаларының 80% құрайды. Бұл құрылым әк тасқа қарағанда өзгеше, ол әдетте дәндер, микрот (өте ұсақ карбонатты лай) және спар цементінің қоспасынан тұрады. Кальцит пен доломит минералының оптикалық қасиеттерін ажырату қиын, бірақ кальцит ешқашан тұрақты ромб түрінде кристалдаспайды, ал кальцит Ализарин Қызыл S-мен боялады, ал доломит түйіршіктері боялмайды. Жазық беттері бар жақсы пішінді түйіршіктерден тұратын доломит тауы жазық немесе идиотопты доломит деп сипатталады, ал нашар пішінді, дөңгелек беттері бар түйіршіктерден тұратын доломит жазық емес немесе ксенотопты доломит деп сипатталады. Соңғысы, жоғары температурада ( ) доломиттің қайта кристалдануы нәтижесінде пайда болады. Доломиттың құрылымы көбінесе оның екіншілік екенін көрсетеді, ол әк тастағы кальцийдің магниймен алмасуынан пайда болған. Бастапқы әк тас құрылымының сақталу деңгейі толығымен жойылғаннан толығымен сақталғанға дейін өзгеруі мүмкін. Микроскоппен қарағанда, кейде доломит ромбтарының оолиттерді немесе бастапқы әк тастың қаңқалық бөлшектерін алмастырғаны байқалады. Кейде қазбалардың ішінара алмастырылуы байқалады, қазбалар көбінесе кальцит болып қалады, ал айналасындағы матрица доломит түйіршіктерінен тұрады. Кейде доломит ромбтары қазба контурын кесіп өтеді. Дегенмен, кейбір доломиттер әк тасты алмастыру арқылы пайда болғанын көрсететін ешқандай құрылымдық белгілерді көрсетпейді.
Доломит проблемасы және бастапқы доломит
Доломит қалыпты теңіз суында оннан астам еселік мөлшерде қаныққан, бірақ мұхиттарда доломит тұнбаға түспейді. Сондай-ақ, геологтар зертханалық тәжірибелерде қалыпты температура мен қысымда теңіз суынан доломит тұнбасын түсіруге қол жеткізе алмады. Бұл, доломит кристалдарының түзілуіне қажетті өте жоғары белсендіру энергиясына байланысты болуы мүмкін. Магний ионы салыстырмалы түрде кішкентай ион болып табылады және суда еріген кезде тығыз байланысқан гидратациялық қабыққа ие болады. Басқаша айтқанда, магний ионының оң зарядына күшті тартылған су молекулаларының шоғыры оны қоршап алады. Кальций үлкен ион, бұл оның гидратациялық қабығының байланыс күшін азайтады, сондықтан кальций ионы магний ионына қарағанда гидратациялық қабығынан айырылып, өсіп келе жатқан кристаллға байланысуы оңайырақ. Доломиттің реттік түйір кристаллын жасау, ретсіз жоғары магнийлі кальциттен гөрі қиын. Нәтижесінде, теңіз суынан доломит тұнбасын түсіруге жасалған әрекеттердің нәтижесінде жоғары магнийлі кальцит түседі. Бұл зат, магнийге қарағанда кальцийдің артық мөлшерінде және кальций-магний ретінің болмауымен сипатталатын, кейде протодоломит деп аталады. Температураны көтеру магнийдің гидратациялық қабығынан айырылуын жеңілдетеді, ал доломит теңіз суынан одан жоғары температурада тұнбаға түсе алады. Протодоломит де доломит температурасы жоғары болғанда тез арада доломитқа айналады. Доломит пайда болуы үшін қажетті жоғары температуралар кенозой доломиттерінің сирек кездесуін түсіндіруге көмектеседі, өйткені кенозой теңізінің температурасы көбінесе 40 °C-тан аспайды. Микроорганизмдер алғашқы доломит тұнбасын түсіруге қабілетті болуы мүмкін. Уақыт өте келе, микробтық белсенділік пен доломит түзілуі арасындағы өзара әрекеттесудің басқа да жолдары олардың ролін реттеу және ішкі сулардағы полисахаридтер, марганец және мырыштың пайда болуына қатысты пікірталасқа қосылды. Алайда, басқа зерттеушілердің пікірі, микроорганизмдер тек жоғары магнийлі кальцит тұнбасын түзеді, бірақ бұл доломит тұнбасына әкелуі мүмкін бе деген сұрақ ашық қалады.
Дедоломитациялау
Доломиталау кейде кері процеске ұшырауы мүмкін, сонда доломит қабаты қайтадан әктасқа айналады. Бұл минералдық доломит псевдоморфтарының текстурасымен анықталады, олар кальцитпен алмастырылған. Дедоломиталанған әктас көбінесе гипс немесе тотыққан пиритпен қатар табылады, ал дедоломиталаудың өте жақын беткейде, кальций мен магнийдің жоғары арақатынасы бар жер беті суларының сіңіп өтуі арқылы жүзеге асуы мүмкін деп саналады.
Қолданылуы
Доломит әктас сияқты көптеген мақсаттарда қолданылады, оның ішінде құрылыс материалы ретінде; ауыл шаруашылығында топырақтың қышқылдығын жою және кальций мен магниймен қамтамасыз ету үшін; көмірқышқыл газының көзі ретінде; ірі тас ретінде; тыңайтқыштар және басқа да өнімдерде толтырғыш ретінде; металлургияда қорытқыш ретінде; және шыны жасау өндірісінде. Қатты кальцийлі әктас қажет болатын химиялық процестерде, мысалы, натрий карбонатын өндіруде, доломит әктасқа толыққанды жарамайды. Доломит магний химиялық заттарын, мысалы, Эпсом тұзын өндіруге, сондай-ақ магний қоспасы ретінде қолданылады. Одан бөлек, ол отқа төзімді материалдарды жасауда да пайдаланылады.
Доломит тау жынысындағы үңгірлер
Ақ тас үңгірлері сияқты, табиғи үңгірлер мен ерітінді түтіктер әдетте доломит тау жынысында әлсіз көмір қышқылының әсерінен еріп пайда болады. Үңгірлер, көбінесе сирек жағдайларда, күкірт қышқылының тау жыныстарын ерітуі арқылы да қалыптасуы мүмкін. Кальций карбонаты спелеотемдері (екіншілік шөгінділер) сталактиттер, сталагмиттер, ағынды тастар сияқты түрлерде доломит тау жынысы ішіндегі үңгірлерде де пайда болуы мүмкін. Доломит – кең таралған тау жынысы түрі, бірақ спелеотемдерде салыстырмалы түрде сирек кездесетін минерал.
Доломит үңгірлері
Кальций мен магний доломит тау жынысы еріген кезде ерітіндіге өтеді. Спелеотемдердің түзілу тізбегі: кальцит, Mg-кальцит, арагонит, хунтит және гидромагнезит. Сондықтан, доломит тау жынысы карстындағы үңгірлердегі ең көп кездесетін спелеотем (екіншілік шөгінді) – кальциттің ең тұрақты полиморфты түріндегі кальций карбонаты. Доломит құрамында болатын спелеотем түрлері: қаптамалар, қабыршақтар, ай сүті, ағынды тас, кораллоидтар, ұнтақ, шпар және жарықшалар. Әлемдегі көптеген үңгірлерде доломит спелеотемдерінің кездесетіні хабарланған, бірақ олар көбінесе шамалы мөлшерде және өте ұсақ түйірлі шөгінділер түрінде кездеседі.