Dolomit (skała)
Dolomit (znany również jako skała dolomitowa , dolomit lub skała dolomitowa ) jest osadową skałą węglanową , która zawiera wysoki procent minerału dolomitu , CaMg(CO 3 ) 2 . Występuje szeroko, często w połączeniu z wapieniem i ewaporatami , chociaż jest mniej obfity niż wapień i rzadki w kenozoicznych warstwach skalnych (warstwy młodsze niż około 66 milionów lat). Pierwszym geologiem, który odróżnił dolomit od wapienia, był Belsazar Hacquet w 1778 roku.
Większość dolomitów powstała jako magnezowy zamiennik wapienia lub mułu wapiennego przed lityfikacją . Geologiczny proces przekształcania kalcytu w dolomit jest znany jako dolomityzacja , a każdy produkt pośredni jest znany jako wapień dolomitowy . „Problem dolomitu” odnosi się do rozległych światowych osadów dolomitu w przeszłości geologicznej, w przeciwieństwie do ograniczonych ilości dolomitu utworzonego w czasach nowożytnych. Niedawne badania wykazały, że bakterie redukujące siarczany żyjące w warunkach beztlenowych wytrącają dolomit, co wskazuje, że niektóre wcześniejsze osady dolomitu mogą być spowodowane aktywnością drobnoustrojów.
Dolomit jest odporny na erozję i może zawierać warstwy uwarstwione lub być nieuwarstwione. Jest mniej rozpuszczalny niż wapień w słabo kwaśnych wodach gruntowych , ale z czasem może rozwijać cechy roztworu ( kras ). Skała dolomitowa może pełnić rolę rezerwuaru ropy i gazu ziemnego.
Nazwa
Dolomit bierze swoją nazwę od XVIII-wiecznego francuskiego mineraloga Déodata Gratet de Dolomieu (1750–1801), który jako jeden z pierwszych opisał ten minerał.
Termin dolomit odnosi się zarówno do minerału węglanu wapnia i magnezu, jak i do skały osadowej utworzonej głównie z tego minerału. Termin dolostone został wprowadzony w 1948 roku, aby uniknąć nieporozumień między nimi. Jednak użycie terminu dolostone jest kontrowersyjne, ponieważ nazwa dolomit została po raz pierwszy zastosowana do skały pod koniec XVIII wieku, a zatem ma pierwszeństwo techniczne. Słownik geologii opublikowany przez Amerykański Instytut Geologiczny nie zalecał używania terminu dolostone .
W starych publikacjach USGS dolomit był określany jako wapień magnezowy , termin zarezerwowany obecnie dla dolomitów z niedoborem magnezu lub wapieni bogatych w magnez.
Opis
Skała dolomitowa jest zdefiniowana jako osadowa skała węglanowa złożona w ponad 50% z mineralnego dolomitu . Dolomit charakteryzuje się niemal idealnym stosunkiem stechiometrycznym magnezu do wapnia wynoszącym 1:1. Różni się od wapienia wysokomagnezowego tym, że magnez i wapń tworzą uporządkowane warstwy w poszczególnych ziarnach mineralnych dolomitu, a nie są ułożone przypadkowo, jak ma to miejsce w ziarnach kalcytu o wysokiej zawartości magnezu. W naturalnym dolomicie magnez stanowi zwykle od 44 do 50 procent całkowitego magnezu plus wapń, co wskazuje na pewne zastąpienie wapnia w warstwach magnezu. Niewielka ilość żelaza żelaznego zwykle zastępuje magnez, szczególnie w starszych dolomitach. Skały węglanowe to zazwyczaj prawie cały kalcyt lub prawie cały dolomit, przy czym składy pośrednie są dość rzadkie.
Wychodnie dolomitu są rozpoznawane w terenie po ich miękkości (mineralny dolomit ma twardość w skali Mohsa 4 lub mniej, znacznie poniżej zwykłych minerałów krzemianowych) oraz dlatego, że dolomit słabo pęcherzykuje, gdy spadnie na niego kropla rozcieńczonego kwasu solnego . To odróżnia dolomit od wapienia, który jest również miękki, ale energicznie reaguje z rozcieńczonym kwasem solnym. Dolomit zwykle wietrzeje do charakterystycznego matowego żółto-brązowego koloru z powodu obecności żelaza. Jest on uwalniany i utleniany w miarę wietrzenia dolomitu. Dolomit ma zwykle ziarnisty wygląd, o teksturze przypominającej ziarenka cukru .
Pod mikroskopem cienkie skrawki dolomitu zwykle pokazują pojedyncze ziarna, które są dobrze ukształtowanymi rombami , ze znaczną przestrzenią porów. W rezultacie dolomit podpowierzchniowy jest generalnie bardziej porowaty niż wapień podpowierzchniowy i stanowi 80% zbiorników ropy naftowej w skałach węglanowych . Ta faktura kontrastuje z wapieniem, który jest zwykle mieszanką ziaren, mikrytu (bardzo drobnoziarnistego mułu węglanowego) i cementu sparsy. Właściwości optyczne kalcytu i mineralnego dolomitu są trudne do rozróżnienia, ale kalcyt prawie nigdy nie krystalizuje w postaci regularnych rombów, a kalcyt jest barwiony czerwienią alizarynową S , podczas gdy ziarna dolomitu nie. Skała dolomitowa składająca się z dobrze uformowanych ziaren o płaskich powierzchniach jest opisywana jako płaski lub idiotopijny , podczas gdy dolomit składający się ze słabo uformowanych ziaren o nieregularnych powierzchniach jest określany jako dolomit niepłaski lub ksenotopowy . Ten ostatni prawdopodobnie powstaje w wyniku rekrystalizacji istniejącego dolomitu w podwyższonej temperaturze (powyżej 50 do 100 ° C (122 do 212 ° F)).
Tekstura dolomitu często wskazuje, że jest on wtórny, powstały w wyniku zastąpienia wapnia magnezem w wapieniu. Zachowanie oryginalnej tekstury wapienia może wahać się od prawie idealnie zachowanej do całkowicie zniszczonej. Pod mikroskopem czasami widać, że romby dolomitu zastępują oolity lub cząsteczki szkieletu pierwotnego wapienia. Czasami następuje selektywna wymiana skamieniałości, przy czym skamielina pozostaje głównie kalcytem, a otaczająca matryca składa się z ziaren dolomitu. Czasami widać romby dolomitu przecięte w poprzek zarysu skamieniałości. Jednak niektóre dolomity nie wykazują teksturalnych oznak, że powstały w wyniku zastąpienia wapienia.
Występowanie i pochodzenie
Dolomit jest szeroko rozpowszechniony, choć nie tak powszechny jak wapień. Zwykle występuje w połączeniu z pokładami wapienia lub ewaporatów i często jest przekładany wapieniem. Nie ma spójnego trendu w jego obfitości wraz z wiekiem, ale wydaje się, że większość dolomitu powstała na wysokich stanowiskach na poziomie morza. Niewielki dolomit znajduje się w kenozoicznych (warstwy młodsze niż 65 milionów lat), które były okresem ogólnie niskiego poziomu mórz. Czasy wysokiego poziomu morza są również czasami szklarniowymi Ziemiami i możliwe jest, że warunki cieplarniane są wyzwalaczem do tworzenia się dolomitów.
Wiele dolomitów wykazuje wyraźne oznaki tekstury, że są to dolomity wtórne, powstałe w wyniku wymiany wapienia. Jednak chociaż wiele badań poświęcono zrozumieniu tego procesu dolomityzacji , proces ten pozostaje słabo poznany. Istnieją również drobnoziarniste dolomity, które nie wykazują śladów tekstury, które powstały w wyniku wymiany, i nie jest pewne, czy powstały w wyniku wymiany wapienia, który nie pozostawił śladów tekstury, czy też są prawdziwymi dolomitami pierwotnymi. Ten problem dolomitów został po raz pierwszy rozpoznany ponad dwa wieki temu, ale nadal nie jest w pełni rozwiązany.
Reakcja dolomityzacji
- 2CaCO 3 + Mg 2+ → CaMg(CO 3 ) 2 + Ca 2+
jest korzystny termodynamicznie, z energią swobodną Gibbsa około -2,2 kcal/mol. Teoretycznie zwykła woda morska zawiera wystarczającą ilość rozpuszczonego magnezu, aby spowodować dolomityzację. Jednak ze względu na bardzo małą szybkość dyfuzji jonów w stałych ziarnach mineralnych w zwykłych temperaturach proces ten może zachodzić tylko poprzez jednoczesne rozpuszczanie kalcytu i krystalizację dolomitu. To z kolei wymaga przepłukania dużych objętości płynów zawierających magnez przez przestrzeń porów w dolomitującym wapieniu. Zaproponowano kilka procesów dolomityzacji.
Model hipersalinowy (znany również jako model refluksu parującego) opiera się na obserwacji, że dolomit jest bardzo często spotykany w połączeniu z wapieniem i ewaporatami , przy czym wapień często przeplata się z dolomitem. Zgodnie z tym modelem dolomityzacja zachodzi w zamkniętym basenie, w którym woda morska podlega wysokiemu współczynnikowi parowania. Powoduje to wytrącanie się gipsu i aragonitu , podnosząc stosunek magnezu do wapnia w pozostałej solance. Solanka jest również gęsta, więc tonie w przestrzeni porów leżącego pod nią wapienia ( refluks przesiąkający ), wypłukując istniejący płyn porowy i powodując dolomityzację. Jako przykład środowiska, w którym ten proces miał miejsce, podano basen permu w Ameryce Północnej . Wariant tego modelu został zaproponowany dla środowisk sabkha , w których solanka jest zasysana do dolomitującego wapienia poprzez odparowanie płynów kapilarnych, proces zwany pompowaniem wyparnym .
Innym modelem jest strefa mieszania lub model Doraga, w którym woda meteorytowa miesza się z wodą morską już obecną w przestrzeni porów, zwiększając aktywność chemiczną magnezu w stosunku do wapnia i powodując dolomityzację. Procesowi temu przypisuje się powstawanie plejstoceńskich raf dolomitowych na Jamajce . Jednak ten model był mocno krytykowany, a jeden artykuł przeglądowy z 2004 roku opisał go bez ogródek jako „mit”. W artykule z 2021 r. Argumentowano, że strefa mieszania służy jako domena intensywnej aktywności drobnoustrojów, która sprzyja dolomityzacji.
Trzeci model postuluje, że normalna woda morska jest płynem dolomitującym, a niezbędne duże objętości są przepłukiwane przez dolomityzujący wapień poprzez pompowanie pływowe. Przykładem tego procesu może być tworzenie się dolomitów w Sugarloaf Key . Podobny proces może wystąpić podczas podnoszenia się poziomu morza, gdy duże ilości wody przemieszczają się przez wapienne skały platformowe.
Niezależnie od mechanizmu dolomityzacji, tendencja skał węglanowych do prawie całego kalcytu lub prawie całego dolomitu sugeruje, że po rozpoczęciu procesu szybko się kończy. Proces ten prawdopodobnie zachodzi na płytkich głębokościach zakopania, poniżej 100 metrów (330 stóp), gdzie występują niewyczerpane zasoby bogatej w magnez wody morskiej, a pierwotny wapień jest bardziej porowaty. Z drugiej strony dolomityzacja może przebiegać szybko w wyższych temperaturach charakteryzujących głębsze zakopanie, jeśli istnieje mechanizm wypłukiwania płynów zawierających magnez przez pokłady.
Dolomit mineralny ma od 12% do 13% mniejszą objętość niż kalcyt na kation alkaliczny. Zatem dolomityzacja prawdopodobnie zwiększa porowatość i przyczynia się do cukrowej tekstury dolomitu.
Problem dolomitu i dolomit pierwotny
Dolomit jest przesycony w normalnej wodzie morskiej ponad dziesięciokrotnie, ale nie widać, aby dolomit wytrącał się w oceanach. Podobnie geologom nie udało się wytrącić dolomitu z wody morskiej w normalnych temperaturach i ciśnieniach w eksperymentach laboratoryjnych. prawdopodobnie spowodowane bardzo wysoką energią aktywacji zarodkowania kryształów dolomitu.
po rozpuszczeniu w wodzie uzyskuje ściśle związaną powłokę hydratacyjną . Innymi słowy, jon magnezu jest otoczony skupiskiem cząsteczek wody, które są silnie przyciągane przez jego ładunek dodatni. Wapń jest większym jonem, co zmniejsza siłę wiązania jego powłoki hydratacyjnej, więc jonowi wapnia znacznie łatwiej jest zrzucić swoją powłokę hydratacyjną niż jonowi magnezu i związać się z rosnącym kryształem. Trudniej jest również zarodkować kryształ zarodkowy uporządkowanego dolomitu niż nieuporządkowany kalcyt wysokomagnezowy. W rezultacie próby wytrącenia dolomitu z wody morskiej zamiast tego wytrącają kalcyt o wysokiej zawartości magnezu. Ta substancja, która ma nadmiar wapnia nad magnezem i nie ma uporządkowania wapniowo-magnezowego, jest czasami nazywana protodolomitem . Podniesienie temperatury ułatwia magnezowi zrzucenie powłoki hydratacyjnej, a dolomit może wytrącać się z wody morskiej w temperaturach przekraczających 60 ° C (140 ° F). Protodolomit również szybko przekształca się w dolomit w temperaturze 250 ° C (482 ° F) lub wyższej.
Możliwe, że mikroorganizmy są zdolne do wytrącania pierwotnego dolomitu. Zostało to po raz pierwszy wykazane w próbkach pobranych w Lagoa Vermelha w Brazylii w połączeniu z bakteriami redukującymi siarczany ( Desulfovibrio ), co doprowadziło do hipotezy, że jon siarczanowy hamuje zarodkowanie dolomitu. Późniejsze eksperymenty laboratoryjne sugerują, że bakterie mogą wytrącać dolomit niezależnie od stężenia siarczanów. polisacharydów , manganu i cynku w wodach porowych dodano inne szlaki interakcji między aktywnością drobnoustrojów a tworzeniem się dolomitów . Tymczasem inni badacze mają przeciwny pogląd, że mikroorganizmy wytrącają tylko kalcyt o wysokiej zawartości magnezu, ale pozostawiają otwartą kwestię, czy może to prowadzić do wytrącania się dolomitu.
Dedolomizacja
Dolomityzacja może czasami zostać odwrócona, a złoże dolomitu ponownie przekształcone w wapień. Wskazuje na to faktura pseudomorfów mineralnego dolomitu, które zostały zastąpione kalcytem. Dedolomityzowany wapień jest zwykle związany z gipsem lub utlenionym pirytem i uważa się, że dedolomityzacja zachodzi na bardzo płytkich głębokościach poprzez infiltrację wód powierzchniowych o bardzo wysokim stosunku wapnia do magnezu.
Używa
.jpg)
Dolomit jest wykorzystywany do wielu takich samych celów jak wapień, w tym jako kruszywo budowlane ; w rolnictwie do neutralizacji zakwaszenia gleby oraz zaopatrzenia w wapń i magnez; jako źródło dwutlenku węgla ; jako kamień wymiarowy ; jako wypełniacz w nawozach i innych produktach; jako topnik w metalurgii ; oraz w produkcji szkła . Nie może zastąpić wapienia w procesach chemicznych wymagających wapienia o wysokiej zawartości wapnia, takich jak produkcja węglanu sodu . Dolomit jest wykorzystywany do produkcji chemikaliów magnezowych, takich jak sól Epsom , oraz jest stosowany jako suplement magnezu. Jest również używany do produkcji materiałów ogniotrwałych .
Jaskinie w dolomicie
jaskiń wapiennych , naturalne jaskinie i rurki roztworowe zwykle tworzą się w skale dolomitowej w wyniku rozpuszczania przez słaby kwas węglowy. Jaskinie mogą również, rzadziej, powstawać w wyniku rozpuszczania skały przez kwas siarkowy . Nacieki węglanowe wapnia (osady wtórne) w postaci stalaktytów , stalagmitów , nacieków itp. mogą również tworzyć się w jaskiniach w obrębie skał dolomitowych. „Dolomit jest powszechnym rodzajem skały, ale stosunkowo rzadkim minerałem w naciekach”. Zarówno „Union Internationale de Spéléologie” (UIS), jak i amerykańskie „National Speleological Society” (NSS) szeroko używają w swoich publikacjach terminów „dolomit” lub „skała dolomitowa” w odniesieniu do naturalnego podłoża skalnego zawierającego wysoki procent CaMg(CO 3 ) 2 , w którym powstały naturalne jaskinie lub rurki z roztworem.
Dolomitowe nacieki naciekowe
Zarówno wapń, jak i magnez przechodzą do roztworu, gdy rozpuszcza się skała dolomitowa. Sekwencja nacieku jest następująca: kalcyt , Mg-kalcyt, aragonit , huntyt i hydromagnezyt . Stąd najczęstszym naciekiem (złożem wtórnym) w jaskiniach w obrębie dolomitowego krasu skalnego jest węglan wapnia w najbardziej stabilnej formie polimorficznej kalcytu. Typy nacieków, o których wiadomo, że mają składnik dolomitu, obejmują: powłoki, skorupy, mleko księżycowe , nacieki , koralowce, proszek, drzewce i tratwy. Chociaż istnieją doniesienia o istnieniu nacieków dolomitowych w wielu jaskiniach na całym świecie, zwykle występują one w stosunkowo niewielkich ilościach i tworzą się w bardzo drobnoziarnistych osadach.
Zobacz też
Dalsza lektura
- Blatt, Harvey; Tracy, Robert J. (1996). Petrologia; Magmowe, osadowe i metamorficzne (wyd. 2). WH Freemana. ISBN 0-7167-2438-3 .
- Tucker, ja ; wiceprezes, Wright (1990). Sedymentologia węglanowa . Publikacje naukowe Blackwell. ISBN 0-632-01472-5 .
Linki zewnętrzne
| Kontrola władz : Biblioteki narodowe |
|---|
