Введение
Класс осадочных пород
Карбонатные породы — это класс осадочных пород, состоящих преимущественно из карбонатных минералов. Два основных типа — известняк, состоящий из кальцита или арагонита (различные кристаллические формы CaCO3), и доломит (также известный как доломитовый камень), состоящий из минерала доломита (CaMg(CO3)2). Обычно они классифицируются по текстуре и размеру зерен. Важно отметить, что карбонатные породы могут существовать также в виде метаморфических и магматических пород. При метаморфизме перекристаллизованных карбонатных пород образуется мрамор. Редкие магматические карбонатные породы существуют в виде интрузивных карбонатитов, а еще реже — вулканической карбонатной лавы. Карбонатные породы также играют важную роль в понимании геологической истории благодаря процессам, таким как диагенез, в ходе которого карбонаты претерпевают изменения в составе под воздействием кинетических эффектов. Связь между этими изменениями состава и температурой может быть использована для реконструкции палеоклимата, что и делается в палеоклиматологии. Карбонатные породы также могут быть использованы для изучения различных других систем, как описано ниже.
Известняк
Известняк – наиболее распространенная карбонатная порода, представляющая собой осадочную породу, состоящую из карбоната кальция, с двумя основными полиморфами: кальцитом и арагонитом. Несмотря на одинаковый химический состав, эти два минерала значительно различаются по своим физическим свойствам из-за различной кристаллической структуры. Кальцит – наиболее распространенная форма, встречающаяся на морском дне, а арагонит чаще встречается в биологических организмах.
Кальцит
Кальцит может как растворяться в подземных водах, так и осаждаться из них, в зависимости от ряда факторов, включая температуру воды, pH и концентрацию растворенных ионов. Кальцит обладает необычным свойством, называемым ретроградной растворимостью, при котором его растворимость в воде уменьшается с повышением температуры. При благоприятных условиях осаждения кальцит формирует минеральные покрытия, которые цементируют существующие зерна породы, или заполняет трещины.
Арагонит
По сравнению с кальцитом, арагонит менее стабилен и более растворим, и поэтому при определенных условиях может переходить в кальцит. В растворе ионы магния могут стимулировать рост арагонита, подавляя осаждение кальцита. Часто такое подавленное осаждение происходит в биологических системах, где организмы стремятся осаждать карбонат кальция для создания своих структурных элементов, таких как скелеты и раковины.
Долостоун
Открытие доломитовой породы, или долостона, было впервые опубликовано в 1791 году, и она встречается по всей земной коре в различные геологические периоды. Поскольку порода состоит из ионов кальция, магния и карбоната, её минеральная кристаллическая структура аналогична кальциту и магнезиту. Благодаря такому составу, доломит, присутствующий в долостоне, можно классифицировать по степени включения кальция, а иногда и железа. Существует значительное количество исследований, посвященных определению оптимального содержания карбоната кальция (получаемого из известняка) в бетоне, а также возможности использования других соединений для достижения аналогичных экономических и структурных преимуществ. Эти исследования охватывают биологическую активность, эрозию и другие химические реакции. В силу тесной связи между диагенезом и температурой морской воды, коралловые скелеты могут служить прокси-индикаторами для понимания прошлых климатических изменений. В частности, соотношение стронция к кальцию в арагоните кораллового скелета, наряду с другими прокси-индикаторами, такими как соотношение изотопов кислорода, позволяет реконструировать климатическую изменчивость в период роста коралла. Это объясняется тем, что стронций иногда замещает кальций в молекуле карбоната кальция в зависимости от температуры. Аналогично тому, как изменения состава коралловых скелетов используются в качестве прокси-индикаторов климатических условий, изменения состава морских осадков могут быть использованы для той же цели и даже шире. Изменения в соотношении микроэлементов в карбонатных минералах могут также использоваться для выявления закономерностей, связанных с исходными [карбонатными] породами.