Kalcīts pret aragonītu

Kalcīta, zilā aragonīta, opāla, sodalīta gabaliņi.

Dorlinga Kinderslija/Getty Images

Jūs varat domāt par oglekli kā elementu, kas uz Zemes atrodas galvenokārt dzīvās būtnēs (tas ir, organiskās vielās) vai atmosfērā kā oglekļa dioksīds. Abi šie ģeoķīmiskie rezervuāri, protams, ir svarīgi, taču lielākā daļa oglekļa ir bloķēta karbonātu minerāli . Tos vada kalcija karbonāts, kam ir divas minerālu formas, ko sauc par kalcītu un aragonītu.

Kalcija karbonāta minerāli akmeņos

Aragonītam un kalcītam ir viena un tā pati ķīmiskā formula CaCO₃, bet to atomi ir sakrauti dažādās konfigurācijās. Tas ir, viņi ir polimorfi . (Vēl viens piemērs ir kianīta, andalūzīta un silimanīta trio.) Aragonītam ir ortorombiska struktūra, bet kalcītam - trigonāla struktūra. Mūsu karbonātu minerālu galerija aptver abu minerālu pamatus no akmens suņa viedokļa: kā tos identificēt, kur tie atrodas, dažas to īpatnības.

Kalcīts kopumā ir stabilāks nekā aragonīts, lai gan, mainoties temperatūrai un spiedienam, viens no diviem minerāliem var pārvērsties par otru. Virsmas apstākļos aragonīts ģeoloģiskā laika gaitā spontāni pārvēršas kalcītā, bet pie lielāka spiediena aragonīts, kas ir blīvāks no abiem, ir vēlamā struktūra. Augsta temperatūra darbojas kalcīta labā. Pie virsmas spiediena aragonīts ilgstoši nevar izturēt temperatūru virs aptuveni 400 °C.

Augstspiediena, zemas temperatūras ieži blūzija metamorfās fācijas bieži satur aragonīta vēnas, nevis kalcītu. Pārvēršanās process par kalcītu ir pietiekami lēns, lai aragonīts varētu saglabāties metastabilā stāvoklī, līdzīgi kā dimants .

Dažreiz viena minerāla kristāls pārvēršas par otru minerālu, vienlaikus saglabājot savu sākotnējo formu kā pseidomorfu: tas var izskatīties kā tipisks kalcīta kloķis vai aragonīta adata, bet petrogrāfiskais mikroskops parāda tā patieso būtību. Daudziem ģeologiem vairumā gadījumu nav jāzina pareizais polimorfs, un viņi vienkārši runā par 'karbonātu'. Lielāko daļu laika akmeņos esošais karbonāts ir kalcīts.

Kalcija karbonāta minerāli ūdenī

Kalcija karbonāta ķīmija ir sarežģītāka, lai saprastu, kurš polimorfs kristalizēsies no šķīduma. Šis process ir izplatīts dabā, jo neviens minerāls nav labi šķīstošs, un tajā ir izšķīdis oglekļa dioksīds (CO_divi) ūdenī virza tos uz nokrišņiem. Ūdenī CO_divipastāv līdzsvarā ar bikarbonāta jonu, HCO₃⁺, un ogļskābe, H_diviCO₃, kas visi labi šķīst. CO līmeņa maiņa_diviietekmē šo citu savienojumu līmeni, bet CaCO₃šīs ķīmiskās ķēdes vidū gandrīz nekas cits neatliek, kā izgulsnēties kā minerāls, kas nevar ātri izšķīst un atgriezties ūdenī. Šis vienvirziena process ir galvenais ģeoloģiskā oglekļa cikla virzītājspēks.

Kādā izkārtojumā kalcija joni (Ca²⁺) un karbonātu jonus (CO₃^divi-) izvēlēsies, pievienojoties CaCO₃atkarīgs no apstākļiem ūdenī. Tīrā saldūdenī (un laboratorijā) dominē kalcīts, īpaši vēsā ūdenī. Alas akmeņu veidojumi parasti ir kalcīts. Minerālcementi daudzos kaļķakmens un citos nogulumiežu iežos parasti ir kalcīts.

Okeāns ir vissvarīgākais biotops ģeoloģiskajā ierakstā, un kalcija karbonāta mineralizācija ir svarīga okeāna dzīves un jūras ģeoķīmijas sastāvdaļa. Kalcija karbonāts izdalās tieši no šķīduma, veidojot minerālu slāņus uz sīkajām apaļajām daļiņām, ko sauc par ooīdiem, un veidojot jūras dibena dubļu cementu. Kurš minerāls kristalizējas, kalcīts vai aragonīts, ir atkarīgs no ūdens ķīmiskās sastāva.

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, taču tas netraucē aragonītu. Sulfāta jons (SO₄^–) arī nomāc kalcīta augšanu. Siltāks ūdens un lielāks izšķīdušā karbonāta daudzums dod priekšroku aragonītam, mudinot to augt ātrāk nekā kalcīts.

Kalcīta un aragonīta jūras

Šīs lietas ir svarīgas dzīvajām būtnēm, kas veido savas čaulas un struktūras no kalcija karbonāta. Gliemenes, tai skaitā gliemenes un brahiopodi, ir pazīstami piemēri. To apvalki nav tīri minerāli, bet gan sarežģīti mikroskopisku karbonāta kristālu maisījumi, kas saistīti ar olbaltumvielām. Vienšūnas dzīvnieki un augi, kas klasificēti kā planktons, veido savas čaulas jeb testus tādā pašā veidā. Vēl viens svarīgs faktors, šķiet, ir tas, ka aļģes gūst labumu no karbonāta iegūšanas, nodrošinot sev gatavu CO piegādi_divipalīdzēt fotosintēzē.

Visas šīs radības izmanto fermentus, lai izveidotu sev vēlamo minerālu. Aragonīts veido adatveida kristālus, savukārt kalcīts veido gabalveida kristālus, taču daudzas sugas var izmantot jebkuru no tiem. Daudzu gliemju čaumalu iekšpusē ir izmantots aragonīts, bet ārpusē - kalcīts. Neatkarīgi no tā, ko viņi dara, tiek izmantota enerģija, un, kad okeāna apstākļi ir labvēlīgi vienam vai otram karbonātam, čaumalu veidošanas process prasa papildu enerģiju, lai cīnītos pret tīras ķīmijas diktātu.

Tas nozīmē, ka ezera vai okeāna ķīmiskās sastāva maiņa rada kaitējumu dažām sugām un dod priekšrocības citām. Ģeoloģiskā laika gaitā okeāns ir mainījies starp 'aragonīta jūrām' un 'kalcīta jūrām'. Šodien mēs atrodamies aragonīta jūrā, kurā ir daudz magnija — tas veicina aragonīta un kalcīta, kurā ir daudz magnija, nogulsnēšanos. 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 izrauj to no apgrozības. Ja plātņu tektoniskā aktivitāte ir spēcīga, mēs iegūstam kalcīta jūras. Kad tas ir lēnāks un izplatīšanās zonas ir īsākas, mēs iegūstam aragonīta jūras. Protams, tas ir vairāk nekā tas. Svarīgi ir tas, ka pastāv divi dažādi režīmi, un robeža starp tiem ir aptuveni tad, kad magnija ir divreiz vairāk nekā kalcija jūras ūdenī.

Aragonīta jūra uz Zemes ir bijusi aptuveni pirms 40 miljoniem gadu (40 miljoni gadu). Pēdējais iepriekšējais aragonīta jūras periods bija no Misisipi perioda beigām līdz Juras perioda sākumam (apmēram no 330 līdz 180 miljoniem gadu), un nākamā atgriešanās laikā bija jaunākais pirmskembrijas periods pirms 550 miljoniem gadu. Starp šiem periodiem uz Zemes bija kalcīta jūras. Vairāk aragonīta un kalcīta periodu tiek kartēti pagātnē.

Tiek uzskatīts, ka ģeoloģiskā laika gaitā šie liela mēroga modeļi ir mainījuši organismu kombināciju, kas veidoja rifi jūrā. Lietas, ko mēs uzzinām par karbonātu mineralizāciju un tās reakciju uz okeāna ķīmiju, ir arī svarīgi zināt, cenšoties noskaidrot, kā jūra reaģēs uz cilvēka izraisītām izmaiņām atmosfērā un klimatā.