مروری بر روند تشکیل سنگ آهک و ترکیبات کربنات کلسیم در نیوزلند

در این مقاله مروری بر روند تشکیل سنگ آهک و ترکیبات کربنات کلسیم در نیوزلند و تعاملی، با ریشه ها، نحوه شکل گیری، خصوصیات و کاربردهای سنگ آهک با توجه به نظرات پروفسور کم نلسون و دکتر استیو هود آشنا شوید. با توجه به استفاده ها و کاربردهای بسیار سنگ آهک در همه جا در منظره، این “سنگ گازدار” جای بررسی دقیق دارد. با توجه به نظر پروفسور کم نلسون: سنگ آهک یک سنگ رسوبی است، بنابراین باید در سطح زمین تشکیل شده باشد. این ماده از رسوب شروع می شود و باید بیش از ۵۰٪ کربنات کلسیم در آن داشته باشد تا به عنوان سنگ آهک شناخته شود. سنگهایی مانند ماسه سنگ- جایی که دانه ها از رودخانه ها پایین آمده و به دریا تحویل داده شده اند – ممکن است مقدار کربنات کلسیم آنها نیز زیاد باشد، اما کمتر از ۵۰٪ است، بنابراین ما می توانیم آنها را ماسه سنگهای آهکی یا سنگهای آهکی بنامیم. بنابراین سنگ آهک به طور خاص باید بیش از ۵۰٪ کربنات کلسیم داشته باشد و دانه های کمی که به شما این کربنات کلسیم را می دهد به طور معمول باقی مانده پوسته خرد شده موجودات مختلف است. این موجودات می توانند نرم تنان، گاستروپودها، اکینودرمها، بریوزوآن ها، براکیوپدها، و کرم ها باشند – بیشتر حیوانات بی مهره نوعی اسکلت ترشح می کنند و اغلب این اسکلت کربنات کلسیم است.

بنابراین در نیوزیلند، آنها عامل اصلی در تشکیل رسوبات کربنات هستند که پس از تبدیل به سنگ، به سنگ آهک تبدیل می شوند. دیاژنز سخت شدن رسوب سست به سنگ رسوبی است، بنابراین در مورد رسوبات کربناته- اسکلت هایی که رسوبات کربنات را تشکیل می دهند- از سست شدن به سنگ سخت تبدیل می شوند که سنگ آهک است. در این نمونه خاص از معدن این سنگ آهک، می توان آن را کاملاً سیمانی شده و سخت دانست که تحت دیاژنز قرار گرفته است. اگر یک لنز دستی در این مورد پیدا کنید و نگاهی به این ترکیبات بیندازید، تشخیص اینکه از چه چیزی تشکیل شده بسیار دشوار است. اما می توان نشان داد که از چه چیزی تشکیل شده است. رسوباتی است که از کف دریا در مجاورت جزیره سه پادشاه در شمال نیوزیلند خارج شده و حدود ۹۸٪ کربنات کلسیم است که یک روز به یک سنگ آهک تبدیل خواهد شد، اما در حال حاضر، رسوبی سست است که به طور عمده از بریوزوآ تشکیل شده است – همچنین در اینجا برخی از چیزهای دیگر وجود دارد، اما به طور غالب بریزانوها هستند. وقتی یک قسمت نازک را برش می دهیم و زیر سنگ میکروسکوپ به این سنگ سخت نگاه می کنیم، دقیقاً همین

لایه ها قابل مشاهده است. این دانه های کوچک کربنات کلسیم در تماس با یکدیگر هستند و به یکدیگر فشار آورده و کربنات کلسیم تحت فشار حل می شود. بنابراین در نقاط تماس، شما در واقع کربنات کلسیم را حل می کنید. این حلالیت کربنات کلسیم باعث می شود که به فضاهای منافذ اطراف می رود که دیگر تحت فشار نباشد و می تواند دوباره به عنوان یک ماده چسبنده، به عنوان یک سیمان کربنات کلسیم، دوباره بارگیری شود. و این سیمان همان چیزی است که در نهایت باعث ایجاد یک سنگ سخت مانند این می شود. به این فرآیند، انحلال فشار – حل شدن فشار در کربنات – گفته می شود و انحلال فشار معمولاً در  عمق حدود ۱۰۰ متر زیر آوار شروع می شود. بنابراین وقتی رسوب پایین می رود، حدود ۱۰۰ متر زیر کف دریا که توسط سایر رسوبات کربناته مدفون شده است، شروع به حل شدن می کند و به تشکیل سیمان در سنگ  منجر می شود. و در پایان و در حدود یک کیلومتر دفن، با سنگی به این شکل ظاهری مواجه خواهید شد.

مروری بر روند تشکیل سنگ آهک و ترکیبات کربنات کلسیم در نیوزلند

مطابق با نظر دکتر استیو هود: در اینجا ما تخته سنگی دوست داشتنی از سنگ آهک سخت Ōtorohanga در آخرین دوره الیگوسن، قدیمی ترین میوسن، سیمان شده داریم. در اینجا می خواهیم به برخی از ویژگی های اصلی این سنگ اشاره کنیم. واضح است که این سنگ تحت سلطه دیاژنز دفن و سیمان گذاری شده است. بسیار سخت است، که این سختی به خوبی القا می شود. هیچ تخلخل قابل مشاهده ای در سنگ وجود ندارد. همه اینها در حین انحلال فشار متصل شده اند- با توجه به دفن اسکلت ها و فشار اسکلت ها به یکدیگر حل می شوند و سپس این مواد سیمانی تولید می کنند یا رسوب می کنند. مشخصه اصلی این سنگهای آهکی ظاهر پرچمدار آنها است و پرچمهای اینجا با درزهای نازک و خالص کربناته جدا می شوند. اکنون ما پیش بینی می کنیم که مدت زمان محصور در یکی از این پرچم ها شاید به اندازه ۵۰۰ تا ۱۰۰۰ سال باشد. بنابراین یکی از ویژگیهای کلیدی سنگهای کربناته یا مواد معدنی کربناته، به ویژه سنگهای آهکی، در اثر استفاده از اسید گاز دارند. اگر یک تکه سنگ آهک Ōtorohanga ، سنگ آهک غیر متخلخل سفت و محکم برداریم، کاری که می خواهیم انجام دهیم این است که آن را در یک لیوان شیشه ای در اینجا قرار دهیم، و اگر مقداری اسید کلریدریک ۲ مولار برداریم و آن را روی سنگ بریزیم مشاهده می شود که مشتعل می گردد. بنابراین با افزودن اسید کلریدریک مشاهده می کنیم که در کربنات کلسیم- پیوندها شکسته شده است – ما در حال آزادسازی CO2  هستیم که آب و کلرید کلسیم تولید می کند.

تاریخچه سنگ آهک

مهمترین دوره تشکیل سنگ آهک در نیوزیلند، اولیگوسن بود و از نظر تعداد سال، تقریباً از حدود ۳۰ میلیون سال قبل تا ۲۲ میلیون سال پیش است. و بنابراین سنگهای آهکی که ما در Waitomo می بینیم تقریباً مشابه همانهایی است که امروز در Whangārei می بینیم، که در ساحل غربی جزیره جنوبی، Pancake Rocks  امروز مشاهده می کنیم، که در اطراف Oamaru می بینیم و در Southland  می بینیم- همه آنها در این زمان اولیگوسن یا کمی بعد تشکیل می شوند. و چرا اینطور است؟ به این دلیل که نیوزیلند در واقع فقط یک سکوی کم عمق با دریا و دریای کم عمق بود که با زمین کمی همسایگی دارد. جزایری وجود داشت اما شن و ماسه و گل زیادی در دریا نمی ریخت. و در نتیجه، ارگانیسم ها می توانند با خوشبختی در زیلیون های خود زندگی کنند و بمیرند، خرد شوند و به رسوبات کربنات کمک کنند. و همانطور که آن سکو به آرامی با گذشت زمان فروکش کرد، بنابراین شما جانشین هایی از سنگ آهک را به ترتیب ده ها متر تا ضخامت شاید چند صد متر ایجاد گردید. یک بار دیگر در تاریخ زمین شناسی نیوزیلند که سنگهای آهکی بسیار مهم بودند، در اردوویسیان، ۴۵۰-۵۰۰ میلیون سال پیش بود. و سنگهای آهکی اردوویسیان در شمال غربی نلسون، تاکاکا، کوه آرتور گسترده است. در آنجا، سنگهای آهکی بسیار قدیمی، اغلب توسط نفوذ گرانیت پخته می شوند، و سنگهای آهک گاهی اوقات به سنگ مرمر تبدیل شده اند، که یک سنگ دگرگونی است، اما این یک بلوک بزرگ دیگر از سنگ آهک با سن بسیار بالاتر است که مطمئناً در نیوزلند وجود دارد.

تشکیل سنگ آهک مدرن

مروری بر روند تشکیل سنگ آهک و ترکیبات کربنات کلسیم در نیوزلند به ما میگویید در نیوزیلند، می توان گفت اوج شکل گیری سنگ آهک در اولیگوسن بوده است. این بدان معنا نیست که بگوییم امروزه در اطراف نیوزلند مقداری سنگ آهک نداریم. مطمئناً ما آن را در دو طرف شرقی و غربی نیوزیلند به طور کلی نداریم، زیرا شن و ماسه و گل زیادی در دریاها ریخته می شود، دریاهای کم عمق، از کشورهای ناهموار، کوههایی که ما ستون فقرات آنها را تشکیل داده ایم جزیره شمالی و جزیره جنوبی هستند. اما دورتر از شمال، و دور از جنوب در اطراف جزیره استوارت و جزیره اسنارس، کف دریای کم عمق از مواد پوسته ای خرد شده ای که ترکیب آن دقیقاً همانند سنگ آهک های اولیگوسن است پوشانده شده است. تنها تفاوت این است که آنها سست و مدرن هستند، امروزه تشکیل می شوند و به آرامی در حال جمع شدن هستند، در حالی که سنگهای آهکی اولیگوسن تحت دیاژنز قرار گرفته اند – آنها در نتیجه دفن از رسوبات سست به سنگ سخت تبدیل شده اند. از نظر علمی، می دانید، سنگ آهک از این جهت حاوی فسیلهای مهمی است که می توان از آنها برای آشنایی با تاریخ سنگ استفاده کرد تا دوره زمین شناسی که در آن سنگ آهک تشکیل شده است، تعیین شود. همین فسیل ها می توانند درباره محیطی که سنگ آهک در آن شکل گرفته است چیزهای زیادی به ما بگویند. یک اهمیت اقتصادی مهم به سنگهای آهکی گره خورده است. سنگهای آهکی، تا حد زیادی از کربنات کلسیم ساخته شده اند، کربنات کلسیم کاربردهای زیادی دارد- بیایید فقط چند مورد از آنها را بررسی کنیم.

کشاورزی

کشاورزی در نیوزیلند بسیار مهم است، اما بسیاری از خاکهای ما کمی اسیدی است و شما باید این میزان اسیدیته را کاهش دهید. افزودن آهک به مراتع کشاورزی در نیوزیلند کاملاً اساسی بوده است. و البته این از خرد شدن سنگ آهک درجه یک به اندازه های بسیار ریز و پخش آن به مراتع حاصل می شود.

ساخت بتن

همه ما می دانیم که بتن در این زمان چقدر مهم است و بتن برای سخت شدن به سیمان نیاز دارد و سیمان با مخلوط شدن سنگ آهک با مواد معدنی رسی ساخته می شود. بنابراین ساخت بتن از طریق سیمان مهم است.

صنعت نفت

ما می توانیم به سمت استخراج نفت حرکت کنیم. بزرگترین میدانهای نفتی و گازی جهان در سنگهای آهکی وجود دارد و این به این دلیل است که سنگهای آهکی ممکن است سوراخ های زیادی در آنها وجود داشته باشد، و هر گاز و نفتی که از اعماق به وجود می آید در واقع می تواند در این حفره ها گیر کند. بنابراین در خاورمیانه، به عنوان مثال، بیشتر هیدروکربن ها وجود دارد، نفتی که در آنجا است، شما در حال حفاری در سنگ های آهکی هستید تا این هیدروکربن ها را تصرف کنید. و همین امر در مورد برخی از سنگهای آهکی نیوزلند صدق می کند- معروف است که آنها حاوی نفت هستند.

گردشگری

همچنین از نظر جنبه گردشگری، وجود غارها، مرجان ها، صخره های مرجانی در راستای صخره های آهکی قرار دارد. ممنوعیت صعود در کشورهایی با صخره های شیب دار بزرگ که سنگ آهک اغلب تشکیل می شود، وجود دارد. بنابراین یک صنعت بزرگ گردشگری وجود دارد که اساساً بر اساس سنگهای آهکی بنا شده است. و سپس ما می توانیم سایر کاربردهای صنعتی را که سنگ آهک به آنها وارد می شود، نام ببریم، مواردی از ساخت فولاد گرفته تا خمیر دندان تا شیشه سازی و موارد بسیاری که وجود دارد.

یک معدن سنگ آهک معمولی

در اینجا ما در معدن سنگ آهک مک دونالد، یکی از بزرگترین معادن سنگ آهک در نیوزیلند هستیم که در نزدیکی Te Kūiti واقع شده است. آهکی که در اینجا استخراج می شود دارای درجه بالایی است، بالاتر از %۸۵ و مطمئناً عمدتا از ۹۵٪ کربنات کلسیم است، به همین دلیل معدن در اینجا است. یک ذخیره بسیار بزرگ وجود دارد، و به طور خاص، ما در حال استخراج سنگ آهک Ōtorohanga هستیم که به طور معمول در همه جا یک سنگ آهک بسیار خالص است. ضخامت سنگ آهک Ōtorohanga می تواند در هر مکانی بین ۵۰ متر و شاید تا ۲۰۰ متر باشد، و من فکر می کنم این معدن سنگی به ارزش بعدی حدود ۲۰۰ متر نزدیک شده است. بنابراین در اینجا یک منبع بزرگ آهک از کربنات کلسیم با کیفیت بالا و مرغوب وجود دارد.

سنگ آهک و نفت

سازند Tikorangi یک منطقه سنگ آهک بسیار مهم در حوضه Taranaki است. این منطقه شباهت هایی به آنچه که در پشت خود در معدن سنگ مشاهده می کنیم، یعنی سنگ آهک Ōtorohanga دارد. تفاوت آن با تیکورنگی این است که در حال حاضر ۳ کیلومتر زیر سطح، در شرق استراتفورد نشسته است. این تیکورانگی یک سنگ مخزن نفت است. این بخشی از سازند تیکورنگی است. کارشناسان این هسته را حفاری کرده و استخراج کرده اند. بنابراین گلی، ظریف تر و از نظر ترکیبی کمی متفاوت از Ōtorohanga است. اما نکته بسیار مهم، سن آن است. بنابراین ویژگی اصلی که این سنگ آهک را به یک سنگ مخزن مهم تبدیل می کند این واقعیت است که، به دلیل فشرده سازی تکتونیکی، سنگ که قبلاً سیمانی و سخت شده بود، به طور شکننده ای شکسته شده است. بنابراین در اینجا من بخشی از هسته را دارم که یکی از این شکستگی ها را قطع می کند. یک طرف شکستگی در اینجا دیده می شود، و سپس شکستگی فضا یا تخلخل را ایجاد می کند- که به آن تخلخل شکستگی می گویند. و به دلیل این سیستم های شکستگی عمده است که در اینجا می بینیم سنگ آهک غیر متخلخل محکم است- در خود سنگ آهک هیچ سوراخ و تخلخلی وجود ندارد، همه آنها در هنگام دیاژنز دفن و از انحلال فشار به سیمان متصل شده اند- اما این شکستگی ها بعداً به دلیل فشرده سازی تکتونیکی معرفی شد و این شکستگی ها باز هم فضایی را در سنگ باز کرده است که باعث شده است بتواند به عنوان مخزن هیدروکربن عمل کند. و با توجه به اینکه ما منبع پایین تری از هیدروکربن ها داشتیم- هیدروکربن ها از نظر تراکم به سمت بالا انتقال می یابند- قادر هستند از طریق شکستگی ها حرکت کند، و اگر ساختار یا ویژگی کاسه ای با سنگهای گلدان پوششی وجود دارد که غیر قابل نفوذ هستند، بنابراین نفت می تواند در شکستگی در سازه ای که بالای آن را مهر و موم کرده اید ذخیره شود. تمام مخازن موجود در حوضه تراناکی ماسه سنگ هستند و ماسه سنگ ها دارای منافذی طبیعی هستند که در آنها با سیمان پر نشده است. در حال حاضر، Tikorangi  تنها مخزن کربناته یا سنگ آهک در Taranaki است و بنابراین تنها مخزنی است که در حال حاضر در نیوزلند تولید می شود. بنابراین ممکن است در معادن پشت سر خود برخی از ویژگی های نوع شکستگی را مشاهده کنیم که معمولاً در سنگهای آهکی سخت پیدا می کنیم، که در اینجا در معدن به آنها اتصالات گفته می شود، اما در غیر این صورت، خارج از آن اتصالات یا شکستگی ها، سنگ آهک توانایی ندارد میزبان باشد زیرا تخلخل در طی دیاژنز دفن یا با سیمان پر شده است.