Кальчи (/k//ə/'/l//iː//tʃ//iː/) – шөгінді тау жынысы, кальций карбонатының қатайған табиғи цементі, ол қиыршық тас, құм, саз және күл сияқты басқа материалдарды байланыстырады. Ол бүкіл әлемде, құрғақ және моллиздік топырақ түрлерінде, әдетте құрғақ немесе жартылай құрғақ аймақтарда кездеседі, соның ішінде Орталық және Батыс Австралияда, Калахари шөлінде, АҚШ-тың батыс жазықтарында, Соноран шөлінде, Чихуахуа шөлінде және Мохаве шөлінде, сондай-ақ Сауд Арабиясының шығысындағы Аль-Хасада. Кальчиді калькрет немесе канкар (Үндістанда) деп те атайды. Ол дурикросттар тобына жатады. Кальчи атауы испан тілінен алынған, ал түбірі латын тіліндегі "калькс" сөзі, яғни әк. Кальчи көбінесе ақшыл түсті, бірақ қоспаларға байланысты ақтан ашық қызғылт сарыға дейін, қызғылт қоңырға дейін өзгеруі мүмкін. Ол көбінесе жер бетінде немесе оған жақын жерде кездеседі, бірақ тереңірек топырақ қабаттарында да табылған. Қабаттардың қалыңдығы бірнеше сантиметрден бірнеше метрге дейін жетеді, ал бір жерде бірнеше қабат болуы мүмкін. Топырақ профиліндегі кальчи қабаты кейде K горизонты деп аталады. Солтүстік Чили мен Перуда кальчи нитрат тұздарын қамтитын минералды кен орындарына да қатысты. Сондай-ақ, Мексика мен Колумбиядағы сазға ұқсас әртүрлі шөгінділерді де кальчи деп атайды. Бұған қоса, ол кварцит, боксит, каолинит, латерит, халцедон, опал және сода нитрінің кейбір түрлерін сипаттау үшін қолданылған. Кальций карбонаты емес, кальций сульфатынан тұратын ұқсас материал гипскрест деп аталады.
Caliche (/k//ə/'/l//iː//tʃ//iː/) is a sedimentary rock, a hardened natural cement of calcium carbonate that binds other materials—such as gravel, sand, clay, and silt. It occurs worldwide, in aridisol and mollisol soil orders—generally in arid or semiarid regions, including in central and western Australia, in the Kalahari Desert, in the High Plains of the western United States, in the Sonoran Desert, Chihuahuan Desert and Mojave Desert of North America, and in eastern Saudi Arabia at Al Hasa. Caliche is also known as calcrete or kankar (in India). It belongs to the duricrusts. The term caliche is borrowed from Spanish and is originally from the Latin word calx, meaning lime. Caliche is generally light colored, but can range from white to light pink to reddish brown, depending on the impurities present. It generally occurs on or near the surface, but can be found in deeper subsoil deposits, as well. Layers vary from a few inches to feet thick, and multiple layers can exist in a single location. A caliche layer in a soil profile is sometimes called a K horizon. In northern Chile and Peru, caliche also refers to mineral deposits that include nitrate salts. Caliche can also refer to various claylike deposits in Mexico and Colombia. In addition, it has been used to describe some forms of quartzite, bauxite, kaolinite, laterite, chalcedony, opal, and soda niter. A similar material, composed of calcium sulfate rather than calcium carbonate, is called gypcrust.
Құрылу
Жылдық жауын-шашын мөлшері жылына қарағанда аз және жылдық орташа температура 5 °C (41 °F) -тан жоғары болған жерде кальча пайда болады. Жауын-шашынның көп болуы топырақтан артық кальцийді толықтай шайып жібереді, ал өте құрғақ климатта жауын-шашын кальцийді шаюға жеткіліксіз болады және тек кальциттің жұқа беткі қабаттары ғана қалыптасады. Өсімдік тамырлары топырақтың А горизонтына көп мөлшерде көмірқышқыл газын бөліп шығару арқылы кальчаның қалыптасуына маңызды рөл атқарады. Мұнда көмірқышқыл газының мөлшері атмосферадағы нормадан 15 есе артық болуы мүмкін. Бұл кальций карбонатының бикарбонат түрінде еруіне жағдай жасайды. Жауын-шашын жеткілікті, бірақ артық емес болған жағдайда, кальций бикарбонаты B горизонтына төмен қарай жылжиды. Мұнда биологиялық белсенділік азырақ, көмірқышқыл газының деңгейі төмендеп, бикарбонат ерімейтін карбонатқа айналады. Кальций карбонаты мен саз бөлшектерінің қоспасы жиналып, алдымен дән, содан кейін ұсақ түйірлер, одан кейін анық қабат, соңында қалың, қатты қабат түзеді. Дегенмен, кальча басқа да жолдармен қалыптасады. Ол капиллярлық әрекет арқылы судың көтерілуі нәтижесінде пайда болуы мүмкін. Құрғақ аймақта жаңбыр суы тез жерге сіңеді. Кейіннен жер бетінің кебуіне байланысты, жер асты суының деңгейі көтеріліп, төменгі қабаттардан еріген минералдарды жоғары көтереді. Судың булануы және көмірқышқыл газының жоғалуы кезінде олар тұнбаға түседі. Осы су қозғалысы жер бетіне жақын кальчаның қалыптасуына себеп болады. Кальча кеуекті тау жыныстарының үстінде немесе тау жыныстарындағы жарықтарда, су тұтқындалып, буланып кеткен жерлерде де пайда болуы мүмкін. Жалпы, кальчаның жиналуы – бірнеше мың жылға созылатын баяу процесс.
Caliche forms where annual precipitation is less than per year and the mean annual temperature exceeds 5 °C (41 °F). Higher rainfall leaches excess calcium completely from the soil, while in very arid climates, rainfall is inadequate to leach calcium at all and only thin surface layers of calcite are formed. Plant roots play an important role in caliche formation, by releasing large amounts of carbon dioxide into the A horizon of the soil. Carbon dioxide levels here can exceed 15 times normal atmospheric values. This allows calcium carbonate to dissolve as bicarbonate. Where rainfall is adequate but not excessive, the calcium bicarbonate is carried down into the B horizon. Here there is less biological activity, the carbon dioxide level is much lower, and the bicarbonate reverts to insoluble carbonate. A mixture of calcium carbonate and clay particles accumulates, first forming grains, then small clumps, then a discernible layer, and finally, a thicker, solid bed. However, caliche also forms in other ways. It can form when water rises through capillary action. In an arid region, rainwater sinks into the ground very quickly. Later, as the surface dries out, the water below the surface rises, carrying up dissolved minerals from lower layers. These precipitate as water evaporates and carbon dioxide is lost. This water movement forms a caliche that is close to the surface. Caliche can also form on outcrops of porous rocks or in rock fissures where water is trapped and evaporates. In general, caliche deposition is a slow process, requiring several thousand years.
Табиғи құбылыстардың мысалдары
Басқа кальчалардың қалыптасуы салыстырмалы түрде жақсы түсіндірілгенімен, Чили кальчасының пайда болуы нақты белгісіз. Бір мүмкіндік – бұл шөгінділер ежелгі ішкі теңізтің булануы кезінде қалыптасқан. Тағы бір теория бойынша, бұл Анд тауларының үгілуі салдарынан шөккен. Әлемдегі ең ірі калькрет кен орындарының бірі Ботсванадағы Макгадикгади ойпатында орналасқан, онда бұрын құрғап қалған ежелгі көл орнында беттік калькреттер кездеседі. Өте қатаң (қатты) кальча калькрет деп аталады және ол құрғақ аймақтарда ерекше жер бедерін қалыптастырады. Калькрет геологиялық жазбалардың барлық кезеңінде кездеседі, бұл өткен климаттың куәсін сақтайды. Мысалдарға Оңтүстік Уэльстегі Миссисиппи калькреттері, АҚШ-тың Техас штатындағы Ллано Эстакадоның плиоцен-плейстоцен қапшықтары және АҚШ-тың Невада штатындағы Мормон Месасы жатады. Каличтер көміртегінің маңызды мөлшерін сақтай алады, бұл оларды әлемдік көміртек айналымына маңызды етеді. Юра кезеңінің геологиялық жағдайында кальча көбінесе жылы климаттың белгісі болып табылады, ол жақсы көрінетін ылғалды және құрғақ маусымдарды, мүмкін маусымдық муссонды көрсетеді.
While the formation of other caliches is relatively well understood, the origin of Chilean caliche is not clearly known. One possibility is that the deposits were formed when a prehistoric inland sea evaporated. Another theory is that it was deposited due to weathering of the Andes. One of the world's largest deposits of calcrete is in the Makgadikgadi Pans in Botswana, where surface calcretes occur at the location of a now desiccated prehistoric lake. Highly indurated (hardened) caliche is known as calcrete, and it gives rise to characteristic landforms in arid environments. Calcrete is found throughout the geologic record, forming a record of past climate. Examples include Mississippian calcretes in South Wales and Pliocene to Pleistocene caprock of the Llano Estacado of Texas, US, and Mormon Mesa, Nevada, US. Caliches can store significant amounts of carbon, making them of significance to the overall global carbon cycle. In Jurassic geological settings, the caliche is often indicator of warm climate with well marked wet dry seasonality that could indicate seasonal monsoons.
Ғимараттардағы қолданбалар
Кальций бүкіл әлем бойынша құрылыс саласында қолданылады. Техастағы Ллано Эстакадодағы оның қоры Портленд цементін өндіруге пайдаланылуы мүмкін; кальций химиялық құрам талаптарына сай келеді және Портленд цементін өндірудегі негізгі шикізат ретінде қолданылған. АҚШ-тың Аризона штатындағы Каса-Гранде руиндары ұлттық ескерткішіндегі Үлкен үйдің қабырғалары кальцийден салынған. Кальций Мексикадағы Юкатан түбегіндегі майя ғимараттарындағы ерітінділерде де қолданылған. Инграмдағы (Техас штаты) жатақхана және Каризо-Спрингс қаласындағы (Техас штаты) демонстрациялық ғимараттар Америка Құрама Штаттарының Энергетика министрлігі үшін Максималды әлеуетті құрылыс жүйелері орталығының зерттеулерінің аясында кальцийді пайдаланып салынған. Көптеген аймақтарда кальций жол құрылысында қолданылады, әдетте негіз ретінде немесе беткі жабын ретінде. Оңтүстік Африкада қолданылатын ең көп таралған жол материалдарының бірі – кальций. Кальций жергілікті жерде қол жетімді және арзан болған жағдайда негіздік материал ретінде кеңінен қолданылады. Дегенмен, ол ылғалға (жаңбырға) төтеп бере алмайды және егер әктас сияқты қатты тас негізі бар болса, қолданылмайды.
Caliche is used in construction worldwide. Its reserves in the Llano Estacado in Texas can be used in the manufacture of Portland cement; the caliche meets the chemical composition requirements and has been used as a principal raw material in Portland cement production. The Great House at Casa Grande Ruins National Monument, Arizona, US, was built with walls of caliche. Caliche was also used in mortars used in of the Mayan buildings in the Yucatán Peninsula in Mexico. A dormitory in Ingram, Texas, and a demonstration building in Carrizo Springs, Texas, for the United States Department of Energy were also built using caliche as part of studies by the Center for Maximum Potential Building Systems. In many areas, caliche is also used for road construction, either as a surfacing material, or more commonly, as base material. It is one of the most common road materials used in Southern Africa. Caliche is widely used as a base material when it is locally available and cheap. However, it does not hold up to moisture (rain), and is never used if a hard rock base material, such as limestone, is available.
Қант өңдеу
Қантты тазарту үшін дерлік таза кальций карбонаты қажет. Оның құрамында кем дегенде 95% кальций карбонаты (CaCO3) болуы керек және магнийдің мөлшері төмен болуы тиіс. Сонымен қатар, материал өртегенде ыдырап кетпеуі үшін белгілі бір физикалық талаптарға сай болуы керек. Кальш көбінесе қант тазартуға қажетті талаптардың бәрін де қанағаттандырмаса да, кальций карбонатының басқа көзі, мысалы, әктас болмаған аймақтарда қолданылады. Кальш талаптарға сәйкес келтіру үшін байытудан өтуі керек болса да, оны пайдалану әктасты тасымалдаудан әлдеқайда арзан болуы мүмкін.
A nearly pure source of calcium carbonate is necessary to refine sugar. It must contain at least 95% calcium carbonate (CaCO3) and have a low magnesium content. In addition, the material must meet certain physical requirements so it does not break down when burned. Although caliche does not generally meet all of the requirements for sugar refining, it is used in areas where another source of calcium carbonate, such as limestone, is not present. While caliche requires beneficiation to meet the requirements, its use can still be significantly cheaper than shipping in limestone.
Чилилік кальча
Чилидің солтүстігіндегі Атакама шөлінде гипс, натрий хлориді және басқа тұздардан, сондай-ақ "Чили тұзтасы" деп аталатын салитрмен байланысты құмнан тұратын аралас қоспаның кең ауқымды кен орындары бар. Салитр – натрий нитраты (NaNO3) мен калий нитратының (KNO3) қоспасы. Салитр Чили үшін Бірінші дүниежүзілік соғысқа дейін экспорттық табыстың маңызды көзі болды, сол кезде Еуропа екі нитратты да өнеркәсіптік түрде көп көлемде өндіре бастады. Кен орындарында орташа есеппен 7,5% натрий нитраты, сондай-ақ 18,87% натрий сульфаты, 4,8% натрий хлориді және калий, кальций, магний, борат, йод және перхлораттың аз мөлшері бар. Кен орындарының үштен екісі ерімейтін қосымша минералдардан тұрады. Кальхи қабаттарының қалыңдығы аллювиалды шөгінділерде 2 см-ден бірнеше метрге дейін жетеді, онда ерігіш минералдар бірікпес реголитте цементтейді. Нитратты қамтитын кальхи тасты түзілімдерге сіңіп, тас кен орындарын құрайды. Оның қаттылығы каналдар сияқты жобаларды қазуды да қиындатады.
In the Atacama Desert in northern Chile, vast deposits of a mixture, also referred to as caliche, are composed of gypsum, sodium chloride and other salts, and sand, associated to salitre ("Chile saltpeter"). Salitre, in turn, is a composite of sodium nitrate (NaNO3) and potassium nitrate (KNO3). Salitre was an important source of export revenue for Chile until World War I, when Europe began to produce both nitrates industrially in large quantities. The deposits contain an average of 7.5% sodium nitrate, as well as sodium sulfate (18.87%), sodium chloride (4.8%), and smaller amounts of potassium, calcium, magnesium, borate, iodine, and perchlorate. About two thirds of the deposits are insoluble gangue minerals. The caliche beds are from 2 cm to several meters thick in alluvial deposits, where the soluble minerals form a cement in unconsolidated regolith. Nitrate bearing caliche is also found impregnating bedrock to form bedrock deposits. Its hardness can also make digging for projects such as canals more difficult.