Var domāt par oglekli kā elementu, kas uz Zemes atrodams galvenokārt dzīvās būtnēs (tas ir, organiskajās vielās) vai atmosfērā kā oglekļa dioksīds. Abi šie ģeoķīmiskie rezervuāri, protams, ir svarīgi, taču lielākais oglekļa daudzums ir ieslēgts karbonātu minerāli. Tos vada kalcija karbonāts, kam ir divas minerālu formas - kalcīts un aragonīts.
Kalcija karbonāta minerāli iežos
Aragonītam un kalcītam ir tāda pati ķīmiskā formula - CaCO3, bet to atomi ir sakrauti dažādās konfigurācijās. Tas ir, viņi ir polimorfi. (Vēl viens piemērs ir kianīta, andalūzīta un sillimanīta trio.) Aragonītam ir ortorombiska struktūra un kalcīta trigonāla struktūra. Mūsu karbonātu minerālu galerija aptver abu minerālu pamatus no rokenrola skatupunkta: kā tos identificēt, kur tie atrodami, dažas no to īpatnībām.
Kalcīts kopumā ir stabilāks nekā aragonīts, kaut arī mainoties temperatūrai un spiedienam, viens no diviem minerāliem var pārveidoties par otru. Virsmas apstākļos aragonīts ģeoloģiskā laika gaitā spontāni pārvēršas par kalcītu, bet vēlama struktūra ir aragonīts, kas ir blīvāks no diviem. Augsta temperatūra darbojas kalcīta labā. Pie virsmas spiediena aragonīts ilgstoši nevar izturēt temperatūru virs aptuveni 400 ° C.
Augsta spiediena, zemas temperatūras ieži blūšists metamorphic facies bieži kalcīta vietā satur aragonīta vēnas. Atgriešanās pie kalcīta process ir pietiekami lēns, lai aragonīts varētu saglabāties metastabilā stāvoklī, līdzīgi kā dimants.
Dažreiz viena minerāla kristāls pārvēršas par otru minerālu, saglabājot sākotnējo formu kā pseidomorfs: tas var izskatīties kā tipiska kalcīta poga vai aragonīta adata, bet petrogrāfiskais mikroskops parāda tās patiesā daba. Daudziem ģeologiem lielākoties nav jāzina pareizais polimorfs un jārunā tikai par “karbonātu”. Lielākoties klintīs esošais karbonāts ir kalcīts.
Kalcija karbonāta minerāli ūdenī
Kalcija karbonāta ķīmija ir sarežģītāka, ja saprot, kurš polimorfs izkristalizēsies no šķīduma. Šis process ir raksturīgs dabā, jo neviens minerāls nav labi šķīstošs, kā arī izšķīduša oglekļa dioksīda (CO2) ūdenī tos nospiež. Ūdenī, CO2 eksistē līdzsvarā ar bikarbonāta jonu HCO3+un ogļskābe, H2CO3, visi tie ir labi šķīstoši. Mainot CO līmeni2 ietekmē šo citu savienojumu līmeni, bet CaCO3 Šīs ķīmiskās ķēdes vidū gandrīz nav citas izvēles, kā izgulsnēties kā minerāls, kas nevar ātri izšķīst un atgriezties ūdenī. Šis vienvirziena process ir galvenais oglekļa ģeoloģiskā cikla virzītājspēks.
Kāds kalcija jonu izkārtojums (Ca2+) un karbonāta joni (CO32–) izvēlēsies, kad viņi pievienosies KaCO3 atkarīgs no ūdens apstākļiem. Tīrā saldūdenī (un laboratorijā) galvenokārt kalcīts, īpaši vēsā ūdenī. Kavestona veidojumi parasti ir kalcīti. Minerālu cementi daudzos kaļķakmeņos un citās nogulumiežu vietās parasti ir kalcīti.
Okeāns ir vissvarīgākais biotops ģeoloģiskajā dokumentācijā, un kalcija karbonāta mineralizācija ir nozīmīga okeāna dzīves un jūras ģeoķīmijas sastāvdaļa. Kalcija karbonāts tieši nonāk no šķīduma, veidojot minerālu slāņus uz sīkām, apaļām daļiņām, ko sauc par oksidiem, un veidojot jūras dibena dubļu cementu. Kurš minerāls izkristalizējas, kalcīts vai aragonīts, ir atkarīgs no ūdens ķīmijas.
Jūras ūdens ir pilns ar joni kas konkurē ar kalciju un karbonātu. Magnijs (Mg2+) pieķeras kalcīta struktūrai, palēninot kalcīta augšanu un piespiežot sevi kalcīta molekulārajā struktūrā, bet tas netraucē aragonītu. Sulfāta jons (SO4–) arī nomāc kalcīta augšanu. Siltāks ūdens un lielāks daudzums izšķīdušā karbonāta veicina aragonītu, mudinot to augt ātrāk nekā kalcīts var.
Kalcīta un Aragonīta jūras
Šīs lietas ir svarīgas dzīvajām lietām, kuru apvalki un struktūras ir veidotas no kalcija karbonāta. Gliemenes, ieskaitot gliemenes un Brachiopods, ir pazīstami piemēri. Viņu čaumalas nav tīrs minerāls, bet gan sarežģīti mikroskopisko karbonātu kristālu maisījumi, kas savienoti kopā ar olbaltumvielām. Vienšūnu dzīvnieki un augi, kas klasificēti kā planktons, to čaulas vai testus veic tāpat. Šķiet, ka vēl viens svarīgs faktors ir tas, ka aļģes gūst labumu no karbonāta iegūšanas, nodrošinot sev labu CO piegādi2 lai palīdzētu fotosintēzē.
Visas šīs radības izmanto enzīmus, lai izveidotu minerālu, kuru viņi izvēlas. Aragonīts veido adatām līdzīgus kristālus, bet kalcīts - blīvus, taču daudzas no tām var izmantot vienu no tām. Daudzās gliemju čaumalās iekšpusē tiek izmantots aragonīts, bet ārpusē - kalcīts. Neatkarīgi no tā, vai viņi izmanto enerģiju, un kad okeāna apstākļi dod priekšroku vienam vai otram karbonātam, gliemežvāku veidošanas process prasa papildu enerģiju, lai darbotos pret tīras ķīmijas diktātu.
Tas nozīmē, ka ezera vai okeāna ķīmijas maiņa dažām sugām rada zaudējumus, bet citas - priekšrocības. Ģeoloģiskā laika posmā okeāns ir mainījies starp "aragonītu jūrām" un "kalcīta jūrām". Šodien mēs esam aragonīta jūra, kurā ir daudz magnija - tā veicina aragonīta un kalcīta nokrišņus magnijs. Kalcīta jūra, kurā ir mazāk magnija, dod priekšroku kalcītam ar zemu magnija saturu.
Noslēpums ir svaigs jūras dibena bazalts, kura minerāli reaģē ar magniju jūras ūdenī un izvelk to no aprites. Kad plātņu tektoniskā aktivitāte ir intensīva, mēs iegūstam kalcīta jūras. Kad tas ir lēnāks un izplatīšanās zonas ir īsākas, mēs iegūstam aragonītu jūras. Protams, ka tur ir kas vairāk. Svarīgi ir tas, ka pastāv divi dažādi režīmi, un robeža starp tiem ir aptuveni tad, ja magnijs ir divreiz lielāks nekā kalcijs jūras ūdenī.
Zemei ir bijusi aragonīta jūra kopš aptuveni pirms 40 miljoniem gadu (40 Ma). Pēdējais iepriekšējais aragonītu jūras periods bija starp Misisipes vēlu un Jura laikiem (apmēram no 330 līdz 180 Ma), un nākamais atgriešanās laikā bija jaunākais Precambrian, pirms 550 Ma. Starp šiem periodiem Zemei bija kalcīts jūras. Vairāk aragonīta un kalcīta periodu tiek plānoti tālāki laika gaitā.
Tiek uzskatīts, ka ģeoloģiskā laika gaitā šie liela mēroga paraugi ir mainījuši uzbūvēto organismu sajaukumu rifi jūrā. Svarīgas ir arī lietas, ko mēs uzzinām par karbonātu mineralizāciju un tās reakciju uz okeāna ķīmiju cenšoties izdomāt, kā jūra reaģēs uz cilvēku izraisītām atmosfēras izmaiņām un klimats.