Jasmund.jpg

Węglanowe skały

Skały węglanowe (ang. carbonate rocks) to skały o genezie biochemicznej (szkielety żywych organizmów) i chemicznej (bezpośrednie strącanie z roztworu) zbudowane głównie z takich minerałów, jak kalcyt (węglan wapnia), aragonit (węglan wapnia), dolomit (węglan wapnia i magnezu), rzadziej z magnezytu (węglan magnezu) i syderytu (węglan żelaza).

Węglany stanowią najbardziej powszechną grupę spośród wszystkich skał osadowych tworząc około 20-25% całego zapisu kopalnego (Boggs 1987). W historii geologicznej Ziemi, systemy węglanowe były bardziej rozpowszechnione niż współcześnie. Miejscem powstawanie węglanów są głównie ciepłe i płytkie zbiorniki morskie. Ponieważ powierzchniowe wody morskie są przesycone węglanem wapnia (stężenie sięga 80 g/m3) węglany deponowane są głównie w wyniku procesów biologicznych w środowisku szelfu węglanowego, w mniejszy stopniu w środowisku głębokomorskim (powyżej głębokości kompensacji węglanu wapnia), gdzie materiał jest transportowany przez spływy grawitacyjne z szelfu.

Najbardziej powszechnymi spośród skał węglanowych są wapienie, dolomity i przejściowe rodzaje skał. Największa produkcja węglanu wapnia ma miejsce poniżej strefy pływów na platformach węglanowych w wyniku kombinacji procesów biologicznych, biochemicznych, chemicznych i fizycznych. Według klasyfikacji, którą zaproponował Grabau (1913) i zmodyfikował Folk (1959) wapienie można podzielić na zbudowane z ziaren allochtonicznych (okruchów węglanowych) na:

  • kalcyrudyty (frakcja > 1 mm średnicy)
  • kalkarenity (0,062 - 1 mm średnicy)
  • kalcysiltyty (mułowa)
  • kalcylutyty (<0,062 mm średnicy)

W przypadku składników autigenicznych (powstałych na miejscu), Folk wydzielił wapienie zbudowane z:

  • makrosparytu (kryształy frakcji żwirowej)
  • sparytu (kryształów kalcytu o średnicy >0,01 mm średnicy)
  • mikrytu (czyli mułu wapiennego <0,004 mm średnicy)

Współcześnie średnice dla poszczególnych frakcji stosowane są podobnie podobnie jak w przypadku frakcji uziarnienia osadów sylikoklastycznych podobnie, jak pierwotnie zaproponował Grabau (Łydka 1985).

Ze względu na ich stopień przekrystalizowania skały zbudowane z węglanu wapnia można podzielić na muły wapienne (luźne), kredy (słabo zrekrystalizowane) i wapienie. Marmury zaliczane są już do skał metamorficznych lub metaosadowych. Kopalne skały wapienie (trzeciorzędowe i starsze) są zbudowane z kalcytu, natomiast współczesne wapienie zawierają głównie aragonit, który jest ostatecznie przekształcany w kalcyt o niższej gęstości (kalcyt 2,72 g/cm3, aragonit 2,93 g/cm3). Gdy zawartość magnezu jest większa niż wapnia w wodzie, wytrącać się będzie jednak bezpośrednio kalcyt (Murray 1954). Zastępowanie powoduje zmianę objętości i redukcję porowatości pierwotnej, podobnie jak zastępowanie kalcytu przez dolomit.

Dolomity mogą być wynikiem (1) bezpośredniego wytrącania węglanu magnezu z wody morskiej (drobnoziarniste dolomity), (2) powstawać krótko po osadzeniu mułu wapiennego (syngenetyczne dolomity), (3) być wynikiem dolomityzacji, czyli przemian diagenetycznych, jakim podlegają pogrzebane warstwy wapienne (diagenetyczne) lub (4) przemian epigenetycznych tworzące gruboziarniste dolomity z zachowanymi szczątkami pierwotnych struktur (Łydka 1985). W klasyfikacji Pettijohna (1949) skały przejściowe między wapieniami i dolomitami to:

  • wapienie magnezowe (5-10% MgCO3)
  • wapienie dolomityczne (10-40% MgCO3)
  • dolomity wapienne (40-90% MgCO3)
  • dolomity (powyżej 90% MgCO3)

Margle to skały węglanowe o znacznej zawartości minerałów ilastych (illitu, rzadziej smektytu i kaolinitu), które powstają zazwyczaj w zbiornikach morskich o umiarkowanej głębokości oraz jako osad jeziorny. Margle tworzą następujące przejściowe formy w klasyfikacji Smulikowskiego (1954):

  • wapienie margliste (10-33% frakcji ilastej)
  • margle (33-67% frakcji ilastej)
  • iły margliste (67-90 frakcji ilastej)

Wapienie z domieszką frakcji piaszczystej tworzą wapienie piaszczyste (10-50% piasku) lub piaskowce wapniste (50-90% piasku).

Skały węglanowe mają duże znaczenie gospodarcze, nie tylko jako materiał budowlany i surowiec chemiczny, ale także ze względu na związane z nimi złoża. Z powodu procesów krasowych i ich wtórnej porowatości, węglany m.in. tworzą ważne poziomy wodonośne i skały zbiornikowe węglowodorów. Według World Energy Outlook z 2006 roku, ponad 60% wszystkich złóż ropy i 40% złóż gazu na świecie znajduje się w skałach węglanowych, z czego znaczna większość znajduje się w rejonie Bliskiego Wschodu.

Literatura

Boggs S. Jr., 1987. Principles of sedimentology and stratigraphy. Prentice-Hall
Flügel E. 2009. Microfacies of Carbonate Rocks: Analysis, Interpretation and Application, Springer
Folk R.L. 1959. Practical petrographic classification of limestone, Bulletin of American Association of Petroleum Geologists43
Grabau A.W. 1913. Principles of Stratigraphy, Seiler and Co, New York
Łydka K. 1985. Petrologia skał osadowych, Wydawnictwa Geologiczne
Murray J.W. 1954. The Deposition of Calcite and Aragonite in Caves, Journal of Geology, University of Chicago Press
Pettijohn F.J. 1949. Sedimentary Rocks, Harper