Карбонатты тау жыныстары: құрамы, түрлері және геологиялық маңызы
Carbonate rock
Шөкейін тау жыныстары: ізбестас, доломит – карбонат минералдарынан тұрады. Текстура, дәнділігі бойынша жіктеледі, метаморфтық түрлері де бар (мысалы, мрамор).
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Шөгінді тау жыныстарының класы
Class of sedimentary rock
Карбонат тау жыныстары – негізінен карбонат минералдарынан тұратын шөгінді тау жыныстарының класы. Екі негізгі түрі – кальцит немесе арагониттен (CaCO3-тың әртүрлі кристалдық түрлері) және минералдық доломиттен (CaMg(CO3)2) құралған доломит тасы (доломит жынысы деп те аталады). Олар көбінесе текстурасы мен дән мөлшеріне қарай жіктеледі. Маңыздысы, карбонат тау жыныстары метаморфты және магмалық тау жыныстары ретінде де кездесе алады. Қайта кристалдануға ұшыраған карбонат тау жыныстары метаморфозадан өткенде мәрмәр пайда болады. Сирек кездесетін магмалық карбонат тау жыныстары интрузивті карбонатиттер түрінде де, тіпті одан да сирек – вулканикалық карбонат лавасы түрінде де кездеседі. Карбонат тау жыныстары геологиялық тарихты түсіну үшін өте маңызды, себебі олар диагенез сияқты процестерде карбонаттардың кинетикалық әсерлерге байланысты құрамы өзгереді. Осы құрамдық өзгерістер мен температура арасындағы байланысты палеоклиматологиядағыдай, өткен климатты реконструкциялау үшін пайдалануға болады. Карбонат тау жыныстары төменде сипатталатын басқа да жүйелерді түсіну үшін де қолданылады.
Carbonate rocks are a class of sedimentary rocks composed primarily of carbonate minerals. The two major types are limestone, which is composed of calcite or aragonite (different crystal forms of CaCO3), and dolomite rock (also known as dolostone), which is composed of mineral dolomite (CaMg(CO3)2). They are usually classified based on texture and grain size. Importantly, carbonate rocks can exist as metamorphic and igneous rocks, too. When recrystallized carbonate rocks are metamorphosed, marble is created. Rare igneous carbonate rocks even exist as intrusive carbonatites and, even rarer, there exists volcanic carbonate lava. Carbonate rocks are also crucial components to understanding geologic history due to processes such as diagenesis in which carbonates undergo compositional changes based on kinetic effects. The correlation between this compositional change and temperature can be exploited to reconstruct past climate as is done in paleoclimatology. Carbonate rocks can also be used for understanding various other systems as described below.
Ағаш
Әктас – ең көп таралған карбонат тасы және кальций карбонатынан тұратын шөгінді тас, оның екі негізгі полиморфы бар: кальцит және арагонит. Бұл екі минералдың химиялық құрамы бірдей болғанымен, олардың физикалық қасиеттері кристалдық құрылымының өзгешелігіне байланысты айқын ерекшеленеді. Теңіз түбінде ең көп кездесетін түрі – кальцит, ал арагонит көбінесе тірі организмдерде табылсады.
Limestone is the most common carbonate rock and is a sedimentary rock made of calcium carbonate with two main polymorphs: calcite and aragonite. While the chemical composition of these two minerals is the same, their physical properties differ significantly due to their different crystalline form. The most common form found in the seafloor is calcite, while aragonite is more found in biological organisms.
Кальцит
Кальцит жер асты суларында еріп немесе тұншығып, бірнеше факторларға байланысты өзгеруі мүмкін, оның ішінде су температурасы, pH және еріген иондардың концентрациясы да бар. Кальцит ретроградты ерігіштік деп аталатын ерекше қасиетке ие, яғни температура жоғарылағанда судағы ерігіштігі төмендейді. Тұншығуға жағдай жасалғанда, кальцит тау жынысы бөлшектерін байланыстыратын минералдық қабықшалар түзеді немесе жарықтарды толтырады.
Calcite can be either dissolved by groundwater or precipitated by groundwater, depending on several factors including the water temperature, pH, and dissolved ion concentrations. Calcite exhibits an unusual characteristic called retrograde solubility in which it becomes less soluble in water as the temperature increases. When conditions are right for precipitation, calcite forms mineral coatings that cement the existing rock grains together or it can fill fractures.
Арагонит
Кальцитке қарағанда арагонит тұрақсыз және көбірек ерігіш, сондықтан белгілі бір жағдайларда кальцитке айналуы мүмкін. Ерітіндіде магний иондары арагонит өсуін күшейте алады, себебі олар кальцит тұнбасын тежейді. Мұндай тежелген тұнба көбінесе биологияда кездеседі, онда организмдер қаңқа мен қабықшалар сияқты құрылымдық элементтері үшін кальций карбонатын тұндыруға тырысады.
Compared to calcite, aragonite is less stable and more soluble, and can thus be converted to calcite under certain conditions. In solution, magnesium ions can act as promoters of aragonite growth as they inhibit calcite precipitation. Often this inhibited precipitation occurs in biology where organisms aim to precipitate calcium carbonate for their structural features such as for skeleton and shells.
Долостон
Доломит немесе долостоун тасының табылуы алғаш рет 1791 жылы жарияланды және ол Жер қыртысының әртүрлі геологиялық кезеңдерінде кездеседі. Бұл тас кальций, магний және карбонат иондарынан тұратындықтан, оның минералдық кристалдық құрылымын кальцит және магнезит сияқты көруге болады. Осы құрамына байланысты, долостондағы доломит минералы кальцийдің әртүрлі мөлшерде қосылуымен, және кейде темірдің де болуымен жіктеледі. Бетондағы кальций карбонатының (әктастан алынған) оптималды мөлшерін зерттеу, сондай-ақ басқа да қосылыстарды қолдану арқылы осыған ұқсас экономикалық және құрылымдық тұрақтылықты қамтамасыз ету мүмкіндігі зерттеледі. Бұл биологиялық әрекеттерді, эрозияны және басқа химиялық реакцияларды қамтиды. Диагенез бен теңіз суының температурасы арасындағы тығыз байланыс болғандықтан, коралл қаңқалары бұрынғы климаттың әсерін түсіну үшін прокси ретінде қолданылуы мүмкін. Атап айтқанда, коралл қаңқасының арагонитіндегі стронций мен кальцийдің арақатынасы, оттегі изотоптары сияқты басқа да проксилермен бірге, коралл өскен кездегі климаттың өзгеруін анықтау үшін пайдаланылады. Бұл стронцийдің температураның әсеріне байланысты кальций карбонаты молекуласында кальцийдің орнын алмастыру қабілетіне байланысты. Климат жағдайларын анықтау үшін коралл қаңқаларындағы құрамының өзгеруін пайдалану принципіне ұқсас, теңіз шөгінділеріндегі құрамының өзгеруін де осы мақсатта (және одан да кең ауқымда) қолдануға болады. Мұндағы карбонат минералдарындағы іздік металлдардың арақатынасының өзгеруі, бастапқы [карбонат] тастардың да үлгілерін анықтауға мүмкіндік береді.
The discovery of dolomite rock, or dolostone, was first published in 1791 and has been found across the Earth's crust from various different time periods. Because the rock is made of calcium, magnesium, and carbonate ions, the mineral crystalline structure can be visualized similar to calcite and magnesite. Due to this composition, the dolomite mineral present in dolostone can be classified by varying degree of calcium inclusion, and occasionally iron, too. There is significant amount of research studying the ideal quantity of calcium carbonate (derived from limestone) in concrete and if other compounds can be used to provide the same economic and structural integrity benefits. This includes biological activity, erosion, and other chemical reactions. Due to the strong correlation between diagenesis and seawater temperature, coral skeletons can be used as proxies for understanding past climate effects. Specifically, the ratio of Strontium to Calcium in the aragonite of coral skeleton can be used, alongside other proxies like oxygen isotopic ratios, to reconstruct climate variability when the coral was growing. This is because Strontium will sometimes substitute for Calcium in the calcium carbonate molecule depending on temperature effects. Similar to the concept for using compositional changes in coral skeletons as proxies for climate conditions, compositional changes in marine sediments can be used for the same purpose (and more). The changes in trace metal ratios from carbonate minerals found here can be used to determine patterns from parent [carbonate] rocks, too.