Кальцит против арагонита

Вы можете думать об углероде как об элементе, который на Земле содержится в основном в живых существах (то есть в органическом веществе) или в атмосфере как углекислый газ. Оба этих геохимических резервуара, конечно, важны, но подавляющее большинство углерода заключено в карбонатных минералах. В первую очередь это карбонат кальция, который принимает две минеральные формы – кальцит и арагонит.

Минералы карбоната кальция в горных породах

Арагонит и кальцит имеют одинаковую химическую формулу, CaCO 3 , но их атомы расположены в разных конфигурациях. То есть они полиморфы . (Другой пример – трио из кианита, андалузита и силлиманита.) Арагонит имеет ромбическую структуру, а кальцит – тригональную структуру. Наша галерея карбонатных минералов охватывает основы обоих минералов с точки зрения поисковика: как их идентифицировать, где они находятся, некоторые их особенности.

Кальцит в целом более стабилен, чем арагонит, хотя при изменении температуры и давления один из двух минералов может превращаться в другой. На поверхности арагонит самопроизвольно превращается в кальцит в течение геологического времени, но при более высоких давлениях арагонит, более плотный из двух, является предпочтительной структурой. Высокие температуры работают на кальцит. При поверхностном давлении арагонит не может долго выдерживать температуры выше 400 ° C.

Часто низкотемпературные породы голубого сланца метаморфической фации с высоким давлением и низкой температурой. вместо кальцита содержат прожилки арагонита. Процесс обратного превращения в кальцит происходит достаточно медленно, чтобы арагонит мог сохраняться в метастабильном состоянии, подобном алмазу.

Иногда кристалл одного минерала превращается в другой минерал, сохраняя при этом свою первоначальную форму в виде псевдоморфозы: он может выглядеть как типичная кальцитовая шишка или арагонитовая игла, но петрографический микроскоп показывает его истинную природу. Многим геологам для большинства целей не нужно знать правильный полиморф, и они просто говорят о «карбонате». В большинстве случаев карбонат в горных породах представляет собой кальцит.

Минералы карбоната кальция в воде

Химический состав карбоната кальция более сложен когда дело доходит до понимания, какой полиморф будет кристаллизоваться из раствора. Этот процесс является обычным в природе, потому что ни один минерал не является хорошо растворимым, а присутствие растворенного диоксида углерода (CO 2 ) в воде подталкивает их к осаждению. В воде CO 2 существует в балансе с бикарбонат-ионом HCO 3 + и угольной кислотой H 2 CO 3 , все из которых хорошо растворимы. Изменение уровня CO 2 влияет на уровни этих других соединений, но CaCO 3 в середине этой химической цепочки практически не имеет другого выбора, кроме как выпадать в осадок в виде минерала, который не может быстро растворяться и возвращаться в воду. Этот односторонний процесс является основной движущей силой геологического цикла углерода.

Какое расположение ионов кальция (Ca 2 + ) и карбонат-ионы (CO 3 2– ) будут выбирать, когда они присоединяются к CaCO 3 , в зависимости от условий в вода. В чистой пресной воде (и в лаборатории) преобладает кальцит, особенно в прохладной воде. Образования пещерного камня, как правило, представляют собой кальцит. Минеральные цементы во многих известняках и других осадочных породах обычно представляют собой кальцит.

Океан является наиболее важной средой обитания в геологической летописи, а минерализация карбонатом кальция играет важную роль. часть океанической жизни и морской геохимии. Карбонат кальция выходит прямо из раствора, образуя минеральные слои на крошечных круглых частицах, называемых ооидами, и формирует цемент морского дна ила. Какой минерал кристаллизуется, кальцит или арагонит, зависит от химического состава воды.

Морская вода полна ионов, которые конкурируют с кальцием и карбонатом. Магний (Mg 2+ ) цепляется за структуру кальцита, замедляя рост кальцита и вступая в молекулярную структуру кальцита, но он не мешает арагониту. Сульфат-ион (SO 4 ) также подавляет рост кальцита. Более теплая вода и больший запас растворенного карбоната благоприятствуют арагониту, поскольку он способствует более быстрому росту, чем кальцит.

Кальцитовые и арагонитовые моря

Эти вещи имеют значение для живых существ, которые строят свои оболочки и структуры из карбоната кальция. Знакомые примеры – моллюски, включая двустворчатых моллюсков и брахиопод. Их раковины – не чистый минерал, а сложная смесь микроскопических кристаллов карбоната, связанных вместе с белками. Одноклеточные животные и растения, классифицируемые как планктон, строят свои раковины или тесты таким же образом. Другим важным фактором, по-видимому, является то, что водоросли извлекают выгоду из образования карбоната, обеспечивая себе готовый запас CO 2 для фотосинтеза.

Все эти существа используют ферменты для создания минералов, которые они предпочитают. Арагонит образует игольчатые кристаллы, а кальцит – блочные, но многие виды могут использовать и то, и другое. Многие раковины моллюсков содержат арагонит внутри и кальцит снаружи. Что бы они ни делали, они используют энергию, и когда условия океана благоприятствуют тому или иному карбонату, процесс создания раковины требует дополнительной энергии, чтобы работать вопреки требованиям чистой химии.

Это означает, что изменение химического состава озера или океана наказывает одни виды и приносит пользу другим. За геологическое время океан переместился между «арагонитовыми морями» и «кальцитовыми морями». Сегодня мы находимся в море арагонита с высоким содержанием магния – оно способствует осаждению арагонита и кальцита с высоким содержанием магния. Море кальцита с низким содержанием магния благоприятствует кальциту с низким содержанием магния..

Секрет в свежем базальте морского дна, минералы которого вступают в реакцию с магнием в морской воде и выводят ее из обращения. Когда тектоническая активность плит активна, мы получаем кальцитовые моря. Когда он медленнее и зоны распространения короче, мы получаем арагонитовые моря. Конечно, это еще не все. Важно то, что существуют два разных режима, и граница между ними проходит примерно тогда, когда магния в морской воде вдвое больше, чем кальция.

На Земле есть было арагонитовое море примерно 40 миллионов лет назад (40 млн лет назад). Самый недавний предыдущий период арагонитового моря приходился на период между поздним миссисипским и ранним юрским периодом (около 330–180 млн лет назад), а следующим возвращением во времени был последний докембрий, до 550 млн лет назад. Между этими периодами на Земле были кальцитовые моря. Другие периоды арагонита и кальцита были нанесены на карту в более далеком прошлом.

Считается, что за геологическое время эти крупномасштабные структуры изменили ситуацию в смесь организмов, которые построили рифы в море. То, что мы узнаем о карбонатной минерализации и ее реакции на химию океана, также важно знать, поскольку мы пытаемся выяснить, как море будет реагировать на антропогенные изменения в атмосфере и климате.

Оцените статью
recture.ru
Добавить комментарий