نحوه پیدایش سنگهای حاوی کربنات کلسیم

سنگ آهک یک سنگ رسوبی بسیار رایج است که از بیش از ۵۰٪ پودرکربنات کلسیم تشکیل شده است. اگرچه این نوع ماده معدنی در اشکال مختلف وجود دارد، اما ریشه آن را می توان در فرآیندهای شیمیایی یا بیوشیمیایی یافت که در زمین شناسی گذشته، اغلب ده ها تا صدها میلیون سال پیش رخ داده است و سنگهای حاوی کربنات کلسیم کشف شدند.

سنگهای آهکی بیوشیمیایی

بسیاری از انواع مختلف موجودات دریایی توانایی رسوب کربنات کلسیم از آب دریا را به عنوان پوسته محافظ یا اسکلت خارجی ایجاد کرده اند و سنگهای حاوی کربنات کلسیم کشف شدند. به عنوان مثال، گوش ماهی دارای یک پوسته بیرونی دو تکه است که می تواند برای تغذیه پوست صدف باز شود و بسته شود تا از آن محافظت شود، در حالی که بریزانوها یک پوشش خارجی تولید می کنند که در آن می توانند زندگی کنند.

وقتی این ارگانیسم ها می میرند، پوسته های آنها در کف دریا جمع می شود. قسمتهای نرم پوسیده می شوند و فقط پوسته های سخت (اسکلت های بیرونی) باقی می مانند که معمولاً توسط عملکرد طبیعی و شکارچیان بیولوژیکی تجزیه می شوند. طی مدت زمان طولانی، رسوبات اسکلتی شل با افزودن سیمان کربنات رسوب شیمیایی بین قطعات پوسته، به سنگ آهک بیوکلاستیک تبدیل می شود. در آبهای گرم استوایی، به این سنگهای آهکی، بیوکلاستیک گرمسیری گفته می شود، در حالی که در آبهای خنک تر، در عرض های جغرافیایی میانی تا بالا، آنها را به  نام سنگهای آهکی بیوکلاستیک معتدل می شناسند.در مورد اجتماعات بزرگ ارگانیسم های دریایی گرمسیری، مانند مرجان های صخره ای، معمولاً ساختار بسیار بزرگ سالم باقی می ماند زیرا به سنگ صخره های آهکی گرمسیری تبدیل می شود.

از رسوبات تا تبدیل به سنگ شدن

تبدیل رسوبات پوسته آب خنک جمع شده به سنگ شامل چندین مرحله است. در مرحله اول، با افزایش وزن رسوب تجمع یافته، قطعات پوسته به آرامی متراکم می شوند. تراکم قطعات پوسته را به هم نزدیکتر می کند، فضای بین قطعات را کاهش می دهد و مقداری آب موجود را از آن خارج می کند. مقداری از این آب ممکن است غنی از کربنات کلسیم محلول باشد، و این ممکن است بعداً به صورت بلورهای سیمان کلسیت در فضاهای منافذ رسوب کند. به تدریج، قطعات با هم سیمان شده و مرحله دوم فرآیند را به پایان می رسانند. سرانجام، تراکم و دفن بیشتر ممکن است باعث ایجاد تغییراتی یا تبلور مجدد کلسیت شود تا سنگ سخت تر شود.در محیط گرمسیری آب گرم، برای سیمان سازی رسوبات به تراکم عمیق نیاز نیست. در اینجا، آبها در سنگهای حاوی کربنات کلسیم اشباع شده اند، که به صورت بلورهای سیمان آراگونیت از محلول رسوب می کند و مواد پوسته را به یکدیگر متصل می کند.

سنگهای آهکی شیمیایی

برخی از سنگهای آهکی در اثر بارش مستقیم شیمیایی از دریا و سایر آبهای اشباع شده با کربنات کلسیم تشکیل می شوند. اگر با گرم شدن، هم زدن یا فتوسنتز، دی اکسید کربن از این آب خارج شود، تمایل به رسوب کربنات کلسیم وجود دارد. به عنوان مثال، سنگ ساحلی که معمولاً در کنار سواحل گرمسیری یافت می شود، سنگ آهکی است که از این طریق در منطقه بین جزر و مدی تشکیل شده است. برخی از سنگ های آهکی در محیط های آب شیرین مرتبط با غارها (استالاکتیت ها و استالاگمیت ها)، چشمه ها (توفا و تراورتن) و دریاچه ها تشکیل می شوند.با تبخیر آب از آبهای غنی از کربنات کلسیم که از سقف غار و به کف آن می ریزد، استالاکتیت ها و استالاگمیت ها در غارها تشکیل می شوند. تراورتن در نتیجه بارش کربنات کلسیم از آبهای زیرزمینی و سطحی و به ویژه آبهای زمین گرمایی تشکیل می شود.

اولیتها (یا اوئیدها) کره های کوچک گرد شده کربنات کلسیم هستند که در آبهای گرمسیری و گرمایی فوق اشباع، کم عمق و بسیار آشفته ایجاد می شوند. اولیت ها در اثر رسوب شیمیایی لایه ای از بلورهای آراگونیت در مورد بعضی از ذرات سخت- اغلب یک قطعه پوسته- تشکیل می شوند. جریان های شدید به طور مداوم اولیت ها را به اطراف منتقل می کنند تا لایه های متحدالمرکز جدید آراگونیت در بالای لایه های قبلی رشد کنند. اولیت ها به طور متناوب در معرض یک لایه متحدالمرکز قرار می گیرند و سپس برای تنظیم لایه دفن می شوند.

سنگ آهک دگرگونی

اگر به مرور زمان، بدنه ای از سنگ آهک تحت فشار حرارت و فشار عمیق زیر سطح زمین فشرده و تغییر شکل داده شود، ساختار و ترکیب آن تغییر می کند و به شکل یک سنگ آهک متبلور شده به نام سنگ مرمر، که می تواند بیش از ۹۵٪ کربنات کلسیم داشته باشد، ایجاد می شود. سنگ مرمر یک سنگ سخت کریستالی است که با پولیش زیاد آن  برای ساخت و ساز و مجسمه سازی استفاده می شود.

گچ

گچ شکل خاصی از سنگ آهک است که عمدتا در آبهای عمیق تر از بقایای پوسته گیاهان دریایی میکروسکوپی و حیواناتی مانند کوکولیتوفورس ایجاد می شود. بیشتر گچ ها سنگ های نسبتاً نرم و محتوی کربنات کلسیم زیاد هستند. صخره های سفید معروف دوور هم مرز با کانال مانش از رسوبات گچ تشکیل شده است.