kalksten
Kalksten er betegnelsen, der bruges til at beskrive sedimentære sten, der hovedsageligt består af det kemiske stof calciumcarbonat (CaCO 3 ) i form af mineralerne calcit og aragonit .
Kalksten er en yderst variabel sten; dette vedrører både dets dannelse og dets egenskaber, udseende og økonomiske anvendelighed. Der er derfor et særligt område inden for geologi , karbonatsedimentologi , der udelukkende beskæftiger sig med dannelsen og egenskaberne af de forskellige typer kalksten. De fleste kalksten er af biogen oprindelse (dannet af levende ting), men der er også kemisk udfældede og klastiske kalksten.
Kalksten er af enorm økonomisk betydning som råvare til byggeindustrien og som en natursten . Sådanne aflejringer er også lagringssten for råolie og naturgas.
Omdannelsesstener som marmor og vulkanske sten, såsom calcitcarbonat, tælles ikke med til kalkstenene i snævrere forstand, selvom disse også overvejende består af calcit eller andre calciumcarbonater .
Forklaring
Begrebet kalksten bruges i såvel sprog som i teknisk og videnskabelig terminologi, men anderledes. Selvom udtrykket bruges relativt omfattende i videnskabeligt sprog og ud over de stærkt konsoliderede kalksten, også relativt smuldrende sten som kridt er tildelt kalkstenene, er udtrykket i byggematerialebranchen snarere begrænset til stærkt konsoliderede kalksten.
I sten- og stenudskæringshandelen og i naturstenindustrien omtales endvidere kalksten, der kan poleres, ofte som "marmor", selvom de ikke er kugler i geologisk forstand. I geovidenskaben er marmor en metamorf klippe .
sammensætning
Kalksten består hovedsageligt af mineralerne calcit og aragonit , to krystallisationsformer af calciumcarbonat ( carbonat calcium CaCO 3 ). Andre mineraler forekommer i mere eller mindre svingende proportioner. Disse omfatter lermineraler , dolomit (CaMg (CO 3 ) 2 ), kvarts , gips og andre. Hvis andelen af dolomit dominerer, kaldes det dolomitsten . Hvis kalkstenen har en forholdsvis høj andel lermineraler, kaldes den mergel . Kalksten kan også indeholde op til flere procent organisk stof og kaldes derefter bituminøs kalk (også kaldet stinkkalk, hvis hydrogensulfid er til stede).
ejendomme
Kalksten er typisk lys, hvid til okerfarvet, afhængigt af indholdet af mangan , jernoxider og andre farvede mineraler.
Med en Mohs hårdhed på 3 er kalksten relativt blød.
Densitet (= ikke-porøs) kalksten er 2,6-2,9 kg / dm 3 . [1]
Dannelse af kalksten
Kalksten kan være af flere typer inden for sedimentære sten . Størstedelen af kalkstenen er af biogen oprindelse, hvilket betyder, at den blev dannet og aflejret af levende ting. Kalksten kan også udfældes fra vandet ved kemiske processer (som igen kan påvirkes af levende ting). Desuden kan en sten bestående af calciumcarbonat (kalksten eller marmor) fjernes, transporteres og deponeres igen et andet sted som klastisk sediment.
Biogen kalk
Hvis det er af biogen oprindelse, aflejres kalksten for det meste af mikroorganismer eller stenede koraller . Kalksten findes også underordnet, som hovedsageligt består af snegle , muslinger eller svampe . Under alle omstændigheder består klippen af calciumcarbonat, som var en bestanddel af levende væsener og blev deponeret for at bygge ydre eller indre skeletter .
Kalksten afsat af mikroorganismer
Kalksten afsat af mikroorganismer - herunder kridt - er normalt fine, mikrokrystallinske sedimentære sten , der dannes ved aflejring af skaller af fossile mikroorganismer, især coccoliths af coccolithophores og skaller af foraminifera . Kalkseparerende alger og bakterier ( stromatolitter ) kan også danne sten. På grund af deres ofte massive struktur er de også kendt som massekalksten . Du kan også finde udfældet calcit i klippen, så der er flydende overgange til den udfældede kalksten. Makrofossiler kan ses med det blotte øje, mere eller mindre hyppigt og ofte bundet til snævert definerede steder, som dermed angiver overgangsfaser til den fossile kalksten.
Klippen dannes, når skallerne synker til bunds efter det levende væsens død og i første omgang danner såkaldt kalkslam. Kalkslam kan kun dannes op til en vis dybde i det åbne hav. Under den såkaldte carbonatkompensationslinje opløses calciumcarbonatet fuldstændigt på grund af vandtrykket, så sedimenterne under denne linje altid er carbonatfrie. Dybden af carbonatkompensationslinjen varierer; i troperne er det for eksempel mellem 4500 og 5000 meter vanddybde.
Slammets diagenese skaber derefter fast kalksten. Nye calcitkrystaller dannes under størkning. Det meste af den oprindeligt tilstedeværende aragonit omdannes til calcit. Hulrum kan fyldes med senere (sekundære) dannede krystaller, eller de eksisterende sedimentstrukturer kan mere eller mindre sløres fuldstændigt ved stærk omkrystallisering.
Fossil kalksten
Fossil kalksten er navnet på sten eller lag inden for ellers massive kalksten, som for det meste består af fossiler, der er synlige for det blotte øje. Koralkalksten er mest almindelige på verdensplan, da deres vækst på koralrev kan give anledning til betydelige klippetykkelser. Andre, ofte fundne fossile limer er opkaldt efter deres (hoved) klippeformere bløddyr kalksten , foraminifer kalk (også nummulit kalksten ), brachiopod kalksten , bryozoan kalksten , goniatit kalksten , krinoid kalksten eller andre dyregrupper. Nullipore-kalk produceres ved kalkseparerende , flercellede alger. Sten fra muslingeskaller omtales som muslingekalksten, eller hvis strukturen er meget tydeligt synlig, som muslingeskill .
Med fossilerne bevaret i kalksten skelnes der mellem lokalsamfund og gravfællesskaber . Livssamfund repræsenterer de organismer, der forekommer på stedet og er indlejret i sedimentet umiddelbart efter deres død eller er allerede indlejret som levende væsener, der lever på jorden. Gravesamfund transporteres med strømme og andre transportmekanismer og deponeres igen på et passende sted (f.eks. Strømskygge). De væsner, den indeholder, har for det meste ikke beboet en biotop .
Mens koral- og andre revkalksten allerede er ret solide kalksten, gennemgår de andre fossile kalksten i første omgang en diagenetisk hærdning svarende til massekalksten, der er diskuteret ovenfor. Efterfølgende omkrystallisering kan væsentligt ændre al fossil kalksten, herunder revkalksten.
Kemisk og biogenisk udfældet kalksten
Naturligt forekommende vand (både hav og ferskvand) indeholder altid mere eller mindre store mængder calciumhydrogencarbonat . Som beskrevet i den linkede artikel om dette stof, er det i kemisk ligevægt med calciumcarbonat, kuldioxid og vand. Hvis der kommer mere calciumcarbonat i vandet (men ikke mere kuldioxid, hvilket er en forudsætning for dannelsen af hydrogencarbonatet), skifter ligevægten til siden af calciumcarbonatet, som udfældes på grund af dets lave vandopløselighed. Calciumcarbonat produceret på denne måde var ikke tidligere en bestanddel af levende væsener. Kalksten kan således indgå i fordampningsserier . Kalksten forekommer inden for fordampningssekvensen på grund af den relativt lave opløselighed af calciumcarbonat i bunden af rækken af sten. Han er den første, der blev deponeret. Dette efterfølges normalt af gips og over det de letopløselige saltsten, f.eks. Stensalt . I havet kan calcitkrystaller kun afsættes i de øverste 200 m, da opløseligheden for kuldioxid stiger på større dybder på grund af det stigende vandtryk og den ovennævnte kemiske ligevægt skifter helt til siden af det letopløselige calciumhydrogen carbonat. Calcitkrystaller kan imidlertid synke ned til carbonatkompensationslinjen , der er defineret på denne måde.
Udfældningen af calciumcarbonat kan foregå fuldstændigt uden deltagelse af levende ting, men understøttes for det meste af aktiviteten af levende ting (især alger, i ferskvand også moser). Planternes fotosyntese forbruger kuldioxid i vandet, hvorved ovennævnte kemiske ligevægt også forskydes til siden af calciumcarbonatet, som nu i stigende grad udfældes ud af opløsningen som calcit.
Udfældningen af calcit finder sted både i vandsøjlen og i bunden af vandmasser direkte på undergrunden. I det første tilfælde dannes mikroskopiske krystaller i vandlegemet, som synker til bunden og også danner kalkslam der. Deres diagenese resulterer derefter i en fast kalksten. I det andet tilfælde vokser calcitkrystallerne direkte på andre krystaller på bunden af vandet, så de også kan slå sig ned i floder. Denne mekanisme er nødvendig for dannelsen af travertin eller kalkstenstuff .
De kemisk udfældede kalksten omfatter også de kalkholdige oolitter , hvor carbonataflejringen sker koncentrisk omkring krystallisationskerner.
Klastiske kalksten
Under visse betingelser kan klastiske sedimentære sten næsten udelukkende bestå af calciumcarbonat og kaldes derefter normalt kalksten. Strengt taget bør de klassificeres i en af kategorierne af klastiske sedimenter. Normalt har disse sedimenter en stor kornstørrelse, da mindre partikler hurtigt ødelægger carbonat. På grund af den lave mekaniske og kemiske resistens blev kornene normalt kun transporteret over korte afstande. De mest udbredte er såkaldte revhældningsbreccier, hvor brudt, hovedsageligt kantet revmateriale akkumuleres ved foden af et koralrev. Petrografisk er det mere en breccia end en kalksten. Et særligt tilfælde er calcarenit , hvor fossile fragmenter blandes med fragmenter af anden kalksten, der dannes i marine lavvandede zoner. I nogle tilfælde binder en endnu finkornet mikritisk masse de små klaster.
Klassificering af klastiske kalksten (i henhold til den gennemsnitlige kornstørrelse):
Udseende
I de fleste tilfælde er kalksten lyse, grå til grå-gule i farven. På grund af tilsætning af andre mineraler (f.eks. Jernforbindelser) vises stærkere, især røde farver ret ofte. Bituminøse kalksten kan også have en mørkegrå til sort farve. Kemisk udfældede kalksten eller kalksten afsat af mikroorganismer er normalt finkornet og tæt. Afhængigt af de betingelser, de blev dannet i, kan der findes fossiler der mere eller mindre ofte. Fossil kalksten har derimod talrige letgenkendelige fossiler. Disse limefrugter indeholder ofte porer og andre hulrum. Ekstremt store hulrum indeholder ferskvandskalksten, travertin eller tufa.
ID
I praksis opdages kalksten ved hjælp af 10% saltsyre i den såkaldte carbonat-test (kalktest). Hvis der lægges en dråbe saltsyre på en kalksten, koger den stærkt op. Kuldioxid frigives. I tilfælde af dolomit medfører det samme forsøg ikke nogen brusning. Dannelsen af bobler i dolomit er kun synlig under et forstørrelsesglas. Hvis der tilsættes saltsyre til dolomit, vil det også brøle. Med dette kan kalksten adskilles fra dolomit i naturen ved hjælp af en simpel metode, og kalksten kan tydeligt identificeres. Det samlede calciumcarbonatindhold i en sedimentær sten (eller kalkholdig jord) kan bestemmes med den såkaldte carbonatbestemmelse ifølge Scheibler med specialudstyr i laboratoriet.
Forvitring af kalkstenen
Karst og ferskvandskalk
På grund af karbonatets forholdsvis gode opløselighed er kalksten en sten, der er relativt modtagelig for kemisk forvitring og derfor danner særlige opløsningsformer. Omvendt kan det opløste carbonat imidlertid udfældes igen og også producere specielle sten og former (tufa, kalksten , travertin). Begge er opsummeret under udtrykket karst eller karst .
En karakteristisk jordtype udvikler sig på kalksten udsat for forvitring, rendzina . Hvis kalksten forvitres under jorden, oprettes huler . Stalaktitgrotter dannes i samspillet mellem forskellige faktorer. Stalaktitterne i disse huler vokser som kalksten .
Fysisk forvitring
Kalksten vejr let under subarktiske og arktiske klimaer samt i høje bjerge ved hjælp af frostblæsning og danner derefter kataklastiske breccier. Den sprøde sten er modtagelig for skiftevis frost og høj luftfugtighed. Det forvitrer til periglaciale lag, da de for nylig findes i de høje kalkstensbjerge og mere sjældent i flade områder på de arktiske breddegrader. Periglacial kalkstenaffald samler sig på nordlige skråninger eller i skyggefulde hulninger; den er kantet og viser næsten ingen tegn på kemisk forvitring på grund af klimaet. Kalkrester i de høje bjerge koloniseres først af planter, når det er faldet til ro. Disse følger en rækkefølge, som i Alperne fører enten over kalkstenen eller kalkstenens snedalflora over espalierbuske til buske af bjergfyr.
Økonomisk brug
Afhængigt af deres egenskaber er kalksten ekstremt alsidige. Frem for alt bruges tætte kalksten som let at bearbejde natursten .
Kalksten er en af de vigtigste råvarer til byggematerialebranchen. For at gøre dette forarbejdes det i kalkværker og omdannes til kalk . Afhængigt af aflejringen opfører kalksten sig anderledes, når den brændes med hensyn til kinetik, energiforbrug og den resulterende kalkkvalitet. [2] Eller det formales og blandes med leret materialer brændt til cement, som er bindemidlet til fremstilling af beton (blanding af cement, vand og tilslag som sand og grus). Kalksten bruges også i glasindustrien, fordi den indfører calcium i glassmelten.
Kalksten bruges som carbonat til røggasafsvovling . Finmalet kalksten bruges i landbrug og vandforvaltning til at forhindre forsuring af jord og vand. Calciumforbindelsen bruges som tilsætningsstof i glasindustrien og til slaggedannelse i metalindustrien. På grund af denne sammensætning bruges kalksten også som gødning .
Meget rene kalksten (hvid kalk) er råvarer til den kemiske industri eller forarbejdes til terrazzo (Ulmer hvid kalk).
Porøse kalksten, især fossile kalksten, er en af de vigtigste lagringsstener for råolie og naturgas . De rigeste olieforekomster på jorden på Den Arabiske Halvø er placeret i revkalksten, der blev dannet i jura- og kridperioderne . Derfor bruges kalksten som en indikator ved efterforskning af indskud.
Kalksten af lavere kvalitet, som normalt blev betragtet som et affaldsprodukt, har i stigende grad været brugt til fremstilling af stenpapir i de senere år. [3]
Ske
Generelt
Kalksten er meget almindelige sten på kontinenterne og hylderne. Ifølge Paul Williams og Derek Ford fylder carbonatsten 10-15% af det ikke-isede areal. [4] De findes både på relativt gamle geologiske borde og i geologisk unge bjerge . Men inden for de meget gamle skjolde og dybe havbassiner trækker de sig tilbage. Det meste af kalkstenen blev oprindeligt dannet i (lavt) hav og hævet over havets overflade ved tektoniske processer. Jordbaserede kalksten (dannet på fastlandet) kræver næsten altid ældre kalkaflejringer i nærheden, som er nødvendige som leveringsområde for calcium. For eksempel er tufaforekomsterne i Thüringen altid forbundet med tilstedeværelsen af kalksten fra skalkalkstenen.
Kalksten er særlig udbredt på den nordlige halvkugle, mens de gamle Gondwana -kontinenter har relativt små aflejringer, undtagen ved deres margener, hvor der også er store områder af nyere kridtkalkserier som Nullarbor -sletten i Australien. Karbonater kan findes på alle breddegrader og i alle højder af jordoverfladen, fra det nordlige Sibirien og det arktiske canadiske skjold til Mount Everest samt Florida og Papua Ny Guinea. Toppen af Mount Everest er hovedsageligt lavet af kalksten. [5]
Europa
Store aflejringer af kalksten kan findes i Centraleuropa i den centrale og sydlige del af Tyskland (hovedsageligt kalksten fra Muschelkalk og Øvre Jura), i den schweiziske og franske Jura og i de nordlige og sydlige Alper . Desuden kan kalksten også findes meget ofte som Ice Age vragrester i det nordlige Tyskland. Kalkstenbruddene kommer hovedsageligt fra det sydlige og centrale Sverige og fra det centrale og nordlige Østersøbassin.
Store landskaber, der overvejende er præget af kalksten, er f.eks. Schwäbische og frankiske Alb samt de nordlige kalkstensalper eller kysten i Dalmatien . Det mest berømte mineområde i Tyskland er i Altmühltal med Solnhofen kalksten og Jura kalksten .
Betydelige travertinforekomster er placeret i Tyskland, for eksempel i Stuttgart-Bad Cannstatt og i Thüringen-bassinet (f.eks. Weimar-Ehringsdorf).
Kridt er udsat for mange steder langs det europæiske kridtbælte. Bæltet strækker sig fra Storbritannien via Frankrig til det centrale Østersø og demonteres også nogle steder.
Kalksten er blevet udvundet i det mindste siden romersk antik, for eksempel på øen Brač (byggemateriale Diocletians Palads i Split ). Et af de ældste kalkbrud i Tyskland er det historiske kalkbrud i Rüdersdorf i Brandenburg , der går tilbage til cisterciensernes arbejde i 1200 -tallet.
Egypten
I det gamle Egypten blev kalksten brugt som byggemateriale til mastaba -gravene siden det første dynasti og til pyramiderne i det tredje til sjette dynasti. Den mindre gode, mest porøse kalksten blev brugt til fundamenter og kernestrukturer, den for det meste hvide, fine kalksten fra den østlige bred af Nilen fra Mokkatam og Tura til udvendig beklædning. [6] En detaljeret bestemmelse af de gamle egyptiske kalkbrud blev foretaget af Dietrich Klemm og Rosemarie Klemm . [7]
Særlige former for kalksten
Særlige sorter:
Ferskvandskalksten:
- Stalaktit
- Sten tagrende
- Månemælk
- Kalk sintrede terrasser i Pamukkale , Mammoth Hot Springs og i Plitvice Lakes National Park
Typer af natursten
- Adneter Kalkstein (Østrig)
- Kaiserstein
- Jurassic Limestone (Bayern)
- Solnhofen kalksten (Bayern)
- Elmkalkstein (Niedersachsen)
- Cannstatter Travertine (Baden-Wuerttemberg)
- Blaustein (natursten) (Nordrhein-Westfalen)
- Belgisk granit eller petit granit (Belgien)
- Irsk kalksten (Irland)
- Marès (Mallorca)
- Meleke (Israel)
- Savonnières (Frankrig)
- Urgonia (Frankrig)
Se også
litteratur
- Walter Maresch, Olaf Medenbach: Klipper. (= Steinbachs naturvejleder. ). Mosaik, München 1996, ISBN 3-576-10699-5 .
- Rosemarie Klemm, Dietrich Klemm: Sten og stenbrud i det gamle Egypten. Springer, Berlin 1993, ISBN 3-540-54685-5 .
Weblinks
Individuelle beviser
- ↑ profil af kalkstenmineraler steine-und-minerale.de, tilgået den 10. oktober 2018
- ^ Hartmut Kainer: Kobling af varme og materialeudveksling med kemisk kinetik ved nedbrydning af naturlige carbonater. Afhandling. Clausthal University of Technology, december 1982.
- ↑Papiret, der virkelig rokker. på: taz.de , adgang til den 7. juli 2014.
- ^ Paul W. Williams, Derek C. Ford: Global afvigelse af carbonatklipper. I: Karl-Heinz Pfeffer (red.): Karst Sheets 18–21. International Atlas of Karst Phenomena (= tidsskrift for geomorfologi. Supplement bind 147). Gebrüder Bornträger, Berlin et al.2006 , ISBN 3-443-21147-X , s. 1-2.
- ^ Paul W. Williams, Derek C. Ford: Global afvigelse af carbonatklipper. I: Karl-Heinz Pfeffer (red.): Karst Sheets 18–21. International Atlas of Karst Phenomena (= tidsskrift for geomorfologi. Supplement bind 147). Gebrüder Bornträger, Berlin et al.2006 , ISBN 3-443-21147-X , s. 1–2, her s. 2.
- ^ Dieter Arnold : Leksikon for egyptisk arkitektur. Artemis & Winkler, München 1997, ISBN 3-7608-1099-3 , s.119 .
- ↑ Rosemarie Klemm, Dietrich D. Klemm: Sten og stenbrud i det gamle Egypten. Springer, Berlin 1993, ISBN 3-540-54685-5 , s. 29-198.
