Kaltemit

Kaltemit ialah sejenis mendapan yang terhasil di luar persekitaran gua dan datang daripada konkrit, kapur, lepa atau bahan berkapur lain.Smith, G.K. (2016). "Calcite straw stalactites growing from concrete structures", Cave and Karst Science 43(1), 4–10. http://bcra.org.uk/pub/candks/index.html?j=127Smith, G K., (2015). "Calcite Straw Stalactites Growing From Concrete Structures". Proceedings of the 30th 'Australian Speleological Federation' conference, Exmouth, Western Australia, edited by Moulds, T. pp 93 -108 Kaltemit tumbuh di atas atau di bawah binaan manusia dan serupa dengan formasi yang terdapat di dalam gua, seperti stalaktit, stalagmit, batu alir dan lain-lain.Hill, C A and Forti, P, (1997). Cave Minerals of the World, Second Edition. [Huntsville, Alabama: National Speleological Society Inc.]  Perkataan kaltemit berasal daripada perkataan calx "kapur" dalam bahasa Latin + théma "mendapan" dan -itēs dalam Yunani iaitu imbuhan akhiran yang menunjukkan ia adalah sejenis mineral atau batu. Istilah "speleotem" pulaMoore, G. W. (1952). "Speleothems – a new cave term". National Speleological Society News, Vol.10(6), p.2. hanya boleh digunakan untuk mendapan yang terbentuk di dalam gua (spēlaion "gua" + théma "mendapan" dalam bahasa Yunani kuno).

 Asal dan komposisi 
Ramai penyelidik telah mengkaji bagaimana konkrit merosot, dan satu petunjuk ketaranya ialah kehadiran cecair tinggi kalsium yang bocor dari struktur konkrit.Macleod, G, Hall, A J and Fallick, A E, (1990). "An applied mineralogical investigation of concrete degradation in a major concrete road bridge". Mineralogical Magazine, Vol.54, 637–644Lees, T P, (1992). "Deterioration Mechanisms". 10–36 [Chapter 2] in Mays, G C (Ed.), Durability of Concrete Structures Investigation, repair, protection. [E & FN Spon Press.] Print Ekström, T, (2001). "Leaching of concrete: Experiments and modelling". (Report TVBM-3090). Lund Institute of Technology Division of Building Materials. https://portal.research.lu.se/ws/files/4827018/1766469.pdf.

Stalaktit kaltemit boleh tumbuh pada struktur konkrit dan gua buatan manusia yang diperbuat daripada konkrit (seperti lombong dan terowong) dengan lebih cepat daripada gua yang diperbuat daripada batu kapur, marmar atau dolomit.Hill, C A and Forti, P, (1997). Cave Minerals of the World, Second Edition. [Huntsville, Alabama: National Speleological Society Inc.] Sefton, M, (1988). "Manmade" speleothems. South African Speleological Association Bulletin, Vol.28, 5–7. Ini adalah kerana kebanyakan kaltemit terbentuk daripada tindak balas kimia yang berbeza daripada stalagmit gua semula jadi.

Kaltemit terbentuk apabila larutan alkali kuat (pH 9-14) meresapi struktur yang dibuat daripada bahan yang berkapur. Apabila ia mencapai bahagian bawah struktur dan bersentuhan dengan udara, karbon dioksida (CO2) dalam udara sekeliling mencetuskan tindak balas kimia. Oleh itu, kalsium karbonat termendap menjadi mendapan sekunder. Dalam speleotem biasa, CO2 terbebas sebagai gas sementara dalam kaltemit, CO2 terlibat dalam reaksinya.Hill, C A and Forti, P, (1997). Cave Minerals of the World, Second Edition. [Huntsville, Alabama: National Speleological Society Inc.]  Selalunya, kalsium karbonat (CaCO3) yang membentuk kaltemit terbentuk sebagai kalsit, yang lebih stabil berbanding dengan bentuk lain yang kurang stabil seperti aragonit dan vaterit.Smith, G.K. (2016). "Calcite straw stalactites growing from concrete structures", Cave and Karst Science 43(1), 4–10. http://bcra.org.uk/pub/candks/index.html?j=127
kiri|thumb| Batu alir kaltemit di luar tangki air konkrit
Kaltemit  biasanya diperbuat daripada kalsium karbonat (CaCO3) yang biasanya putih, tetapi boleh berwarnaWhite W.B., (1997), "Color of Speleothems", Cave Minerals of the World, (2nd Edition) Hill C. and Forti P. [Huntsville, Alabama: National Speleological Society Inc.] 239–244 merah, oren atau kuning jika terdapat oksida besi daripada logam berkarat bercampur dengan air yang mengalir melaluinya. Kuprum oksida daripada paip kuprum boleh menyebabkan kaltemit menjadi hijau atau biru.Smith, G.K. (2016). "Calcite straw stalactites growing from concrete structures", Cave and Karst Science 43(1), 4–10. http://bcra.org.uk/pub/candks/index.html?j=127 Kaltemit juga boleh mengandungi mineral seperti gipsum.Hill, C A and Forti, P, (1997). Cave Minerals of the World, Second Edition. [Huntsville, Alabama: National Speleological Society Inc.] 

Takrifan "kaltemit" juga merangkumi mendapan sekunder yang mungkin terbentuk di dalam lombong dan terowong buatan manusia tanpa lapisan konkrit. Ia terbentuk apabila mineral daripada batu kapur, dolomit, atau batu berkapur lain mengisi ruang di dalam struktur. Proses kimia kaltemit adalah serupa dengan proses pembentukan speleotem di dalam gua batu kapur semula jadi (rujuk persamaan 5 hingga 8 di bawah). Sesetengah saintis percaya bahawa kaltemit hanya terbentuk sejak manusia mula mengubah suai permukaan Bumi, menjadikannya proses yang unik daripada era Antroposen.

 Kimia dan pH 
Stalaktit terbentuk pada konkrit kerana kimianya berbeza—daripada stalaktit yang terbentuk secara semula jadi dalam gua batu kapur—dan terbentuk kerana kalsium oksida (CaO) dalam simen. Konkrit diperbuat daripada bahan agregat, pasir dan simen. Apabila air dicampurkan, kalsium oksida dalam simen bertindak balas dengan air dan membentuk kalsium hidroksida (Ca(OH)2), yang dengan keadaan yang betul boleh berpisah lagi membentuk ion kalsium (Ca2+) dan hidroksida (OH-) []. Tindak-tindak balas kimia berikut boleh diterbalikkan dan boleh berlaku serentak di tempat tertentu di dalam sebuah struktur konkrit. PH bahan larut lesap boleh mempengaruhi semua tindak balas berikut.Maekawa, K, Ishida, T and Kishi, T, (2009). Multi-Scale Modeling of Structural Concrete. [Oxford, UK: Taylor and Francis.] 225–235.Kalsium hidroksida akan mudah bertindak balas dengan sebarang CO2 bebas untuk membentuk kalsium karbonat (CaCO3) [].Hill, C A and Forti, P, (1997). Cave Minerals of the World, Second Edition. [Huntsville, Alabama: National Speleological Society Inc.] Ho, D W S and Lewis, R K, (1987). "Carbonation of concrete and its prediction". Cement and Concrete Research, Vol.17, 489–504. Larutan itu biasanya pH 9 – 10.3, namun ini bergantung pada tindak balas kimia lain yang juga berlaku pada masa yang sama dalam konkrit.Tindak balas ini berlaku dalam konkrit yang baru dituang semasa ia mengeras, untuk memendakkan CaCO3 dalam campuran, sehingga semua CO2 yang ada dalam campuran habis digunakan. CO2 tambahan daripada atmosfera akan terus bertindak balas, biasanya menembusi beberapa milimeter sahaja dari permukaan konkritBorrows, P, (2006a). Chemistry Outdoors. School Science Review – Outdoor Science, Vol.87(320), 24–25. [Hartfield, Herts, UK: Association of Science Education.] Oleh sebab CO2 atmosfera tidak dapat menembus jauh ke dalam konkrit, masih terdapat Ca(OH)2 bebas dalam struktur konkrit yang telah keras.

Mana-mana sumber air dari luar (sepert hujan atau resapan) yang dapat menembusi rekahan halus dan lompang udara di dalam konkrit keras akan dapat membawa Ca(OH)2 bebas dengan mudah sebagai larutan ke kolong struktur. Apabila larutan Ca(OH)2 bersentuhan dengan atmosfera, CO2 terbaur ke dalam titisan larutan dan dengan masa tindak balas [] akan memendapkan kalsium karbonat dan membentukkan stalaktit berbentuk buluh seperti yang di dalam gua.

Apabila konkrit baharu mengandungi kalium dan natrium hidroksida yang boleh larut di dalam air, ia menghasilkan larutan berakali tinggi dengan tahap pH 13.2 – 13.4. Dalam keadaan ini, karbon dalam bentuk CO32− menjadi spesies kimia utama, dan air yang menembusi konkrit menjadi terisi dengan ion-ion kalsium (Ca2+).Liu, Z and He, D, (1998). Special speleothems in cement-grouting tunnels and their implications of the atmospheric CO2 sink. Environmental Geology, Vol.35(4), 258–262 Tindak balas yang ditulis sebagai rumusan kimia berikut [Persamaan  & ] berkemungkinan besar berlaku dalam situasi ini, dan [] bertanggungjawab menyebabkan stalaktit terbentuk daripada CaCO3 di bawah struktur konkrit.Ishida, T and Maekawa, K, (2000). "Modeling of pH profile in pore water based on mass transport and chemical equilibrium theory". Translation from Proceedings of Japan Society of Civil Engineers (JSCE), No.648/Vol.47.Newton, K, Fairchild, I and Gunn, J, (2015). "Rates of calcite precipitation from hyperalkaline waters, Poole's Cavern, Derbyshire". Cave and Karst Science. Vol.42(3), 116–124, and "Corrigenda" Vol.43(1), 48Apabila kalium larut dan natrium hidroksida melarut lesap daripada konkrit, pH larutan itu akan turun menjadi pH ≤12.5. Apabila pH jatuh ke 10.3, tindak balas kimia yang lebih dominan akan menjadi []. PH larutan larut lesap tadi akan mempengaruhi jenis bahan karbonat (ion) yang hadir,Pourbaix, M, (1974). "Atlas of electrochemical equilibria in aqueous solutions". 2nd English edition. [Houston, TX: National Association of Corrosion Engineers.] jadi pada masa yang berbeza, mungkin ada satu atau lebih tindak balas yang berbeza berlaku di dalam struktur konkrit.

Dalam binaan kapur, lepa atau konkrit yang sangat usang, mungkin beberapa dekad atau abad lamanya, kalsium hidroksida (Ca(OH)2) mungkin telah dibawa pergi oleh air yang meresap dan pH boleh jatuh ke bawah pH 9. Ini mewujudkan persekitaran yang serupa dengan gua batu kapur di mana speleotem terbentuk [Persamaan  hingga ]. Oleh itu, air bawah tanah atau air hujan yang kaya dengan CO2 akan membentuk asid karbonik (H2CO3) (≈pH 7.5 – 8.5)Hartland, A, Fairchild, I J, Lead, J R, Dominguez-Villar, D, Baker, A, Gunn, J, Baalousha, M and Ju-Nam, Y, (2010). "The dripwaters and speleothems of Poole's Cavern: a review of recent and ongoing research", Cave and Karst Science, Vol.36(2), 37–46. dan melarutkan Ca2+ daripada struktur apabila larutan meresapi retakan lama []. Ini lebih mudah berlaku dalam konkrit lapisan nipis, seperti yang disembur di dalam terowong kenderaan atau kereta api untuk menstabilkan bahan-bahan longgar.Hagelia, P, (2011). "Deterioration Mechanisms and Durability of Sprayed Concrete for Rock Support in Tunnels". Doctoral thesis presented at Technische Universiteit Delft, Netherlands. Jika [] memendapkan CaCO3 dan menghasilkan kaltemit, pertumbuhannya akan lebih perlahan berbanding [Persamaan  dan ]. Ini kerana cecair beralkali lemah yang terbentuk akibatnya mempunyai keupayaan yang lebih rendah untuk membawa Ca2+ berbanding larutan yang sangat beralkali. CO2 terbebas daripada cecair itu sementara CaCO3 pula mendap untuk menghasilkan stalaktit kaltemit. Jika tekanan separa CO2 (PCO2) ditingkatkan dan suhu lebih rendah, kepekatan HCO3− dalam larutan meningkat dan keupayaan untuk membawa Ca2+ turut meningkat.Herman, J S, (2005). "Water Chemistry in Caves", Encyclopedia of Caves, (1st edition) edited by Culver D., White W., 609- 614 Walau bagaimanapun, cecair masih tidak akan dapat mencapai keupayaan membawa Ca2+ seperti [Persamaan  hingga ].Tindak balas [Persamaan  hingga ] boleh dipermudahkan kepada yang ditunjukkan dalam [], namun kehadiran asid karbonik (H2CO3) dan spesies-spesies lain diabaikan. Formula kimia [] biasanya dipanggil formula untuk membentuk "speleotem" dalam gua batu kapur. Namun, dalam hal ini, asid karbonik lemah sedang melarutkan kalsium karbonat (CaCO3) yang sebelum ini telah mendap dalam konkrit lama dan menyahgas CO2 untuk menghasilkan kaltemit.Jika bahan larut lesap menemui rekahan baharu di dalam konkrit lama, ini boleh membekalkan sumber yang dipanggil kalsium hidroksia (Ca(OH)2) yang boleh menukarkan tindak balas dominan balik kepada []. Kimia degradasi konkrit agak kompleks dan hanya kimia yang berkaitan dengan pemendapan kalsium karbonat dipertimbangkan dalam [Persamaan  hingga ]. Kalsium juga sejenis produk penghidratan lain dalam konkrit, seperti kalsium aluminium hidrat dan kalsium aluminium besi hidrat. Bahan kimia [Persamaan  hingga ] bertanggungjawab kerana menghasilkan majoriti stalaktit kaltemit, stalagmit, batu alir dsb., yang terdapat pada struktur konkrit buatan manusia.

Dalam kajian oleh Maekawa et al. (2009),:230 mereka membentangkan graf berguna yang menggambarkan hubungan antara asid-asid karbonik (H2CO3, HCO3− and CO32−) dan pH dalam larutan. Asid karbonik terdiri daripada karbonat dan bikarbonat. Graf tersebut berguna untuk menggambarkan dan memahami bagaimana tindak balas kimia yang berbeza boleh berlaku serentak dalam konkrit pada pH tertentu.

Larutan larut lesap yang membentuk kaltemit biasanya mempunyai pH antara 10 dan 14. Ini bermakna ia sangat beralkali dan boleh menyebabkan lecuran kimia pada mata dan kulit jika terkena. Keterukannya bergantung pada kepekatan larutan dan berapa lama kontak itu berlaku.Smith, G K., (2016), "Calcite Straw Stalactites Growing from Concrete Structures", condensed summary. 'Journal of the Australasian Cave and Karst Management Association'. No. 104 (Sep 2016), 16 – 19.Krafft, W, (2007). "Corrosion Limits for Inert Waste", Jefferson Country Public Health. Port Townsend, Washington - Department of Ecology, Financial Assistance ProgramNCDOL, (2013). North Carolina Department of Labor, Occupational Safety and Health Division, Industrial Guide No. 10 – A Guide to Working with Corrosive Substances. How Do Corrosives Harm Us and How Can We Protect Ourselves? 6–7.

 Kejadian luar biasa 
Kadangkala, dalam kejadian luar biasa, speleotem boleh terbentuk di dalam gua kerana bahan larut lesap hiperalkali. Cecair ini mempunyai kimia yang sama dengan [Persamaan  hingga ]. Ini boleh berlaku apabila terdapat bahan buatan manusia seperti konkrit, kapur atau lepa di atas sebuah sistem gua. Bahan larut lesap hiperalkali daripada bahan ini boleh meresap ke dalam gua. Satu contoh boleh dilihat di Peak District di Derbyshire, England. Semasa abad ke-19, pencemaran daripada pengeluaran kapur perindustrian telah meresap ke dalam sistem gua di sana, yang dipanggil Poole's Cavern, dan membentukkan speleotem seperti stalaktit dan stalagmit.

 Pemendapan CaCO3 dan pertumbuhan stalaktit 
link=https://en.wikipedia.org/wiki/File:Calthemite_straw_Stalactite_showing_length_with_ruler.jpg|thumb|Stalaktit buluh kaltemit boleh tumbuh sehingga 2 mm sehari jika keadaan sesuai. Yang ini tumbuh di tempat letak kereta konkrit bertutup.
Kadar pertumbuhan stalaktit buluh, stalagmit dan batu alir dsb. kaltemit, sangat bergantung pada bekalan dan keberterusan larutan tepu itu ke lokasi pemendapan CaCO3. Kepekatan CO2 atmosfera yang bersentuhan dengan bahan larut lesap juga banyak mempengaruhi betapa cepat CaCO3 boleh termendak daripada larutan. Kadar penyejatan larutan larut lesap dan suhu atmosfera ambien nampaknya tidak begitu berpengaruh terhadap kadar pemendapan CaCO3.Ver Steeg, K, (1932). "An unusual occurrence of stalactites and stalagmites". The Ohio Journal of Science, Vol.32(2), 69–83.

Stalaktit buluh kaltemit terbentuk daripada sejenis cecair yang dipanggil "larutan larut lesap hiperalkali". Stalaktit ini mampu tumbuh sehingga ≈200 kali ganda lebih cepat berbanding speleotem gua biasa yang mendak daripada larutan dengan pH yang hampir neutral. Satu buluh soda kaltemit pernah direkodkan tumbuh sebanyak 2 mm setiap hari selama beberapa hari berturut-turut. Ini berlaku apabila cecair menitis secara konsisten setiap 11 minit. Apabila cecairnya menitis lebih daripada sekali seminit, tiada kalsium karbonat (CaCO3) terkumpul di hujung stalaktit, dan sebaliknya air yang membawa CaCO3 jatuh ke tanah. Ini menghasilkan formasi berbeza yang dipanggil stalagmit kaltemit. Walau bagaimanapun, jika cecair menitis dengan kurang kerap, kira-kira 25 hingga 30 minit antara setiap titisan, terdapat kemungkinan hujung stalaktit akan mengeras dengan kapur dan menghalang aliran air. Kadangkala, stalaktit baru boleh terbentuk di sebelah stalaktit lama yang tidak lagi aktif kerana terdapat retakan atau lubang pada struktur konkrit yang lebih mudah untuk dilalui.

Buluh kaltemit dan speleotem kedua-duanya diperbuat daripada bahan yang dipanggil kalsium karbonat. Walau bagaimanapun, secara purata buluh kaltemit hanya 40% seberat dengan buluh speleotem bersaiz yang sama. Ini kerana kedua-dua jenis buluh itu terbentuk dengan proses kimia yang berbeza. Buluh kaltemit mempunyai dinding yang lebih nipis dan struktur kalsium karbonat yang kurang tumpat berbanding buluh speleotem.Smith, GK, (2021). "Comparison of calthemite and speleothem straw stalactites, and environmental conditions influencing straw diameter", Cave and Karst Science, Transactions of the British Cave Research Association, Vol.48(1), 3–11

Buluh kaltemit boleh bertukar diameternya semakin ia tumbuh. Perubahan ini berlaku dalam beberapa hari atau minggu dan disebabkan oleh kelajuan air yang menitis. Jika air menitis perlahan, buluh kaltemit akan lebih besar sedikit lebarnya berbanding buluh yang cepat menitis.
link=https://en.wikipedia.org/wiki/File:Calthemite_straws_with_varying_external_diameter.jpg|thumb|Buluh kaltemit dengan diameter luaran yang berbeza-beza, dipengaruhi oleh perubahan kadar titisan semasa pertumbuhannya.

 Rakit kalsit pada titisan larutan 
link=https://en.wikipedia.org/wiki/File:Lattice_work_of_calcite_rafts_on_slow_dripping_calthemite_straw_drop.jpg|thumb|Kekisi rakit kalsit terbentuk pada buluh kaltemit yang menitis dengan perlahan
Rakit kalsit ialah hablur-hablur kalsit putih yang terapung di permukaan cecair kaltemit yang tidak bergerak. Rakit kalsit mula-mulanya diperhatikan pada tahun 1923Allison, V C, (1923). "The growth of stalagmites and stalactites". Journal of Geology, Vol.31, 106–125. oleh Allison pada titisan cecair yang melekat pada buluh stalaktit yang muncul daripada konkrit. Ver Steeg juga menelitinya kemudian. Apabila kadar titisan adalah ≥5 minit antara setiap titisan, kalsium karbonat akan mendap pada permukaan titisan cecair (di hujung stalaktit) dan membentuk rakit kalsit yang boleh dilihat dengan mata kasar (sehingga 0.5 mm lebar). Jika kadar titisan lebih lama daripada ≈12 minit antara setiap titisan, dan tidak banyak pergerakan udara, rakit-rakit ini mungkin akan bersatu dan meliputi seluruh permukaan titisan seperti jaring yang dibuat daripada rakit kalsit. Apabila udara bergerak dengan ketara, rakit ini akan bersepai dan bergerak dengan pantas di permukaan titisan. Pergerakan ini kadangkala boleh menyebabkan beberapa rakit "terdampar" dari permukaan titisan dan melekat pada bibir buluh stalaktit, menjadikannya lebih lebar dan kelainan kecil pada bentuknya.

 Stalagmit 
kanan|thumb| Stalagmit kaltemit di atas lantai konkrit
kanan|thumb| Kaltemit koraloid tumbuh di bahagian bawah struktur konkrit dan stalaktit buluh
Jika larutan menitis dengan kadar yang lebih cepat daripada satu seminit, kebanyakan CaCO3-nya akan dibawa ke tanah, masih sebagai larutan.Smith, G.K. (2016). "Calcite straw stalactites growing from concrete structures", Cave and Karst Science 43(1), 4–10. http://bcra.org.uk/pub/candks/index.html?j=127 Larutan larut lesap itu kemudiannya ada peluang untuk menyerap CO2 daripada atmosfera (atau menyahgaskan CO2 bergantung pada tindak balas) dan memendapkan CaCO3 di atas tanah sebagai stalagmit.

Di kebanyakan lokasi dalam struktur konkrit buatan manusia, stalagmit kaltemit hanya tumbuh beberapa sentimeter tinggi maksimum, dan nampak seperti ketulan yang bundar dan rendah. Ini kerana bekalan CaCO3 tidak banyak daripada air yang meresapi konkrit, dan sedikit sahaja jumlahnya yang sampai ke tanah. Selain itu, pertumbuhannya mungkin terbatas kerana ia boleh dirosakkan oleh tayar kenderaan dan lalu lintas.

 Batu sembir 
Batu sembir kaltemit boleh terbentuk di kolong binaan konkrit pada lantai dengan permukaan yang landai atau di sisi stalagmit bundar. Apabila kadar titisan bahan larut lesap lebih banyak daripada 1 titis seminit, kebanyakan kalsium karbonat yang dibawa oleh bahan larut lesap itu daripada kolong binaan konkrit ke tanah, di mana stalagmit, batu alir dan batu sembir terhasil.Smith, G.K. (2016). "Calcite straw stalactites growing from concrete structures", Cave and Karst Science 43(1), 4–10. http://bcra.org.uk/pub/candks/index.html?j=127 Bahan larut lesap yang sampai ke tanah biasanya meluap dengan pantas kerana aliran udara di bawah binaan konkrit tadi, menyebabkan batu sembir halus lebih biasa terhasil daripada yang besar. Di tempat-tempat yang kawasan mendapannya dilelas oleh tayar kenderaan atau lalu lintas, peluang batu sembir halus terbentuk amat tipis.

 Koraloid 
Koraloid kaltemit (batu karang) boleh terbentuk di bahagian bawah struktur konkrit dan nampak sangat serupa dengan stalagmit gua. Koraloid boleh terbentuk kerana beberapa kaedah di dalam gua, namun pada konkrit, ia biasanya terhasil apabila larutan hiperalkali meresapi retakan halus di dalam konkrit. Disebabkan penyejatan larutan, kalsium karbonat mendap sebelum titisan boleh terbentuk. Koraloid yang terhasil adalah kecil dan berkapur dengan rupa seperti bunga kubis.

 Rujukan 

 Pautan luar 

 Smith, G.K. (2016), "Calcite straw stalactites growing from concrete structures", Cave and Karst Science 43(1), hlm. 4–10
 Rakit kalsit berpusing di atas permukaan titisan larutan (video YouTube)
 Rakit kecil telah bercantum untuk membentuk kekisi pada titisan buluh soda kaltemit (video YouTube)
 B. Schmidkonz, "Watch a dripstone grow", J. Chem. Educ., 94 (2017) 1492–1497 

Kategori:Kimia tak organik
Kategori:Konkrit