Kalksteen

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Kalksteenklippen in Polen

Kalksteen is sedimentair gesteente dat ontstaat door de opeenhoping van (kalkhoudende) stoffelijke overblijfselen van in zee levende organismen. Daarmee bestaat kalksteen voornamelijk uit calciumcarbonaat (CaCO3) en vindt men er regelmatig fossielen in terug (schelpen, ammonieten, e.d.). Blauwe hardsteen is bijvoorbeeld een vorm van fossiele kalksteen, bestaande uit de restanten van zeelelies.

Kalksteen wordt vooral in tropische gebieden gevormd (koraal), maar ook in Noordwest-Europa komt het voor. In Zuid-Limburg dagzoomt de kalksteen op veel plekken. Een deel van deze kalksteen is in de vorm van krijtgesteente, dat in Limburg "mergel" wordt genoemd. Ook de witte krijtrotsen van Dover bestaan uit krijtgesteente. In België komt in de Ardennen op veel plekken kalksteen voor.

In kalksteen treden vaak karstverschijnselen op zoals grotten met druipstenen, dolines, poljes en diepe karstdalen.

Mineralogische samenstelling[bewerken]

Het mineraal calciet heeft een polymorf, aragoniet. Verder kan calciet een wisselende hoeveelheid magnesium bevatten, waardoor het verdeeld kan worden in magnesiumrijke en magnesiumarme calciet. Al deze vormen van de chemische verbinding CaCO3 komen van nature in kalksteen voor. Andere mineralen die in min of meerdere mate in kalksteen aanwezig kunnen zijn zijn dolomiet (CaMg(CO3)2) en ankeriet (Ca2MgFe(CO3)4).

Het soortelijk gewicht van kalksteen loopt uiteen van 2000 tot 2500 kg/m³.[1]

Kalkwacke met fossielen als klasten.

Soorten en indelingen[bewerken]

Nuvola single chevron right.svg Zie Dunham classificatie en Folk classificatie voor de hoofdartikelen over dit onderwerp.

Er zijn zeer veel soorten kalksteen. Als de kalksteen kristallijn is en vrijwel geheel uit gerekristalliseerde carbonaat-kristallen bestaat kan er onderscheid gemaakt worden op de chemische en mineralogische samenstelling. Een grotendeels uit dolomiet opgebouwd gesteente wordt een dolosteen genoemd (soms, verwarrend genoeg, ook wel "dolomiet"). Dolomiet ontstaat door dolomitisatie, een reactie waarbij een deel van de calcium in calciet wordt vervangen door magnesium. Omdat dolomiet een kleiner molair volume heeft dan calciet hebben dolomieten vaak een hoge porositeit, die ontstaat wanneer een uit calciet bestaande kalksteen in dolosteen omzet.

Sommige kalksteen kan als klastisch gesteente worden ingedeeld: het is opgebouwd uit klasten met daartussen een matrix van fijne kalkmodder. De klasten zijn meestal siliciclastica, fossielen of fragmenten van fossielen. Belangrijk is te bepalen of de klasten op elkaar rusten (zogenaamde clast supported kalksteen) of niet (zogenaamde matrix supported kalksteen). De Dunham classificatie deelt deze kalkstenen in in grainstones, packstones, kalkmudstones en kalkwackestones.[2]

Boundstone is een type kalksteen met een textuur opgebouwd uit fossiele organismen. Het meest voor de hand liggende voorbeeld hiervan zijn koralen, die skeletten vormen waarin fijn sediment wordt ingevangen. Koraalriffen kunnen tientallen meters dikke harde lagen kalksteen vormen.

Vorming van kalksteen[bewerken]

Sedimentatie[bewerken]

De organische processen waarmee de fijne kristallen gevormd worden waaruit kalksteen in opgebouwd, produceren niet noodzakelijkerwijs de meest stabiele mineralen. Ook het onder oppervlakte-omstandigheden metastabiele aragoniet wordt aangemaakt. De matrix van het gesteente bestaat vlak na sedimentatie daarom uit een mengsel van magnesiumrijke en magnesiumarme calciet en aragoniet.

Diagenese[bewerken]

De cementatie van een kalksteen kan onder gunstige omstandigheden zeer snel gaan. In bijvoorbeeld sommige strandomgevingen, waar veel water aanwezig is dat door de poriën van de afgezette laag organische kalkskeletjes stroomt, kan in een aantal tientallen jaren al een solide gesteente ontstaan zijn. Er zijn voorbeelden bekend van kalksteen waarin als klasten glazen flesjes en ander menselijk afval te vinden zijn.

Het cement zal in een marien afzettingsmilieu bestaan uit aragoniet en calciet maar kan in een terrestrisch milieu alleen uit magnesiumarme calciet bestaan. Dit komt doordat grondwater of oppervlaktewater op het land altijd te onderverzadigd is in CaCO3 om aragoniet neer te laten slaan.

Micritisatie en neomorfose kunnen de oorspronkelijke interne structuur van de fossielen of fossielfragmenten uitwissen. Dit maakt het herkennen van de fossielen moeilijker, zeker als de kalkskeletjes oorspronkelijk uit aragoniet of magnesiumrijk calciet waren opgebouwd. De oorspronkelijke matrix van het gesteente bestaat uit zeer fijne deeltjes, zogenaamde micriet, maar zal door neomorfose veranderen in zogenaamde microspaten, kleine bladvormige kristallen.

De kalksteen kan verder veranderen door een mechanisme dat drukoplossing wordt genoemd. Delen van het gesteente lossen daarbij op en zogenaamde stylolietvlakken worden gevormd. Dit heeft compactie tot gevolg: het volume van het gesteente neemt af.

Dolomitisatie is een proces dat alleen onder bepaalde omstandigheden (zoals in de grenszone tussen zout en zoet grondwater) kan plaatsvinden waarbij de calciet wordt omgevormd naar het mineraal dolomiet. hierdoor neemt de dichtheid van het gesteente af.

Als het gesteente dieper komt door tektonische subsidentie kunnen door cementatie alle poriën dicht raken met secondaire kristallen. Grondwater gaat dan een minder belangrijke rol spelen zodat alle cement in oplossing uit het gesteente zelf afkomstig moet zijn. Drukoplossing is dan het aandrijvende mechanisme van cementatie.

Als kalksteen op nog grotere diepte en temperatuur komt kan metamorf worden. Alle oorspronkelijke sedimentaire structuren en fossielen verdwijnen dan als gevolg van intense rekristallisatie. Men spreekt dan van een marmer.

Schalie met daarboven kalksteen, Cumberland Plateau, Tennessee, VS

Effect van eustasie[bewerken]

Nuvola single chevron right.svg Voor meer informatie over globale zeespiegelschommelingen zie het artikel eustasie.

In het Jura en Krijt en het grootste deel van het Paleozoïcum lag het zeeniveau veel hoger dan tegenwoordig als gevolg van de eustatische verandering van het zeeniveau. Hierdoor stond een groot deel van de continenten onder water en vormde ondiepe zeeën. In deze ondiepe zeeën werd kalk aangemaakt zodat uit deze tijden overal ter wereld grote massieve lagen kalksteen te vinden zijn.

Een andere invloed van de eustasie is dat in de tijden waarin relatief veel land droog stond, zoals in het Trias of Perm, meer oppervlakte bedekt was met landplanten. Dit kan een hogere snelheid van fotosynthese tot gevolg hebben gehad waardoor zich minder koolstofdioxide in de atmosfeer bevond. De hoeveelheid opgeloste magnesium kan in zulke tijden hoger worden door de grotere hoeveelheid aan erosie blootgesteld gesteente op land, terwijl de relatieve concentratie van opgelost calcium in zeewater juist afneemt. Veel organismen die hun skeletten uit kalk bouwen hebben in tijden met een hoog zeeniveau daarom een calciet-skelet; terwijl in tijden met een laag zeeniveau (zoals tegenwoordig) soorten met aragoniet-skeletten meer voorkomen.

Gebruik[bewerken]

Kalksteen wordt veel gebruikt tijdens de productie van bouwmaterialen. Portlandklinker, de belangrijkste grondstof voor portlandcement, bestaat voor ongeveer 70% uit kalksteen. Kalksteen wordt ook gebruikt in de hoogovens bij de productie van staal, om onzuiverheden als silica te kunnen verwijderen.

Bronnen, noten en/of referenties

Voetnoten

  1. Dichthedentabellen van verschillende bouwmaterialen
  2. (en) Dunham, R.J.; 1962: Classification of carbonate rocks according to depositional texture, in: Ham, W.E. (red.): Classification of Carbonate Rocks, American Association of Petroleum Geologists Memoir 1, p. 108-121

Literatuur

  • (en) Tucker, M.E. & Wright, V.P.; 1990: Carbonate Sedimentology, Blackwell Science, ISBN 9780632014729