Kalkiet en Aragoniet in die Aarde se Koolstofsiklus
Wetenskap Tipes rotse
U mag dalk aan koolstof dink as 'n element wat op die aarde hoofsaaklik in lewende dinge (dit wil sê in organiese materiaal) of in die atmosfeer as koolstofdioksied voorkom. Albei daardie geochemiese reservoirs is natuurlik belangrik, maar die oorgrote meerderheid koolstof word in karbonaatminerale toegesluit. Hierdie word gelei deur kalsiumkarbonaat, wat twee minerale vorms genoem kalsiet en aragoniet bevat.
Kalsiumkarbonaat Minerale in rotse
Aragoniet en kalsiet het dieselfde chemiese formule, CaCO 3 , maar hul atome word in verskillende konfigurasies gestapel.
Dit is, hulle is polimorfe . (Nog 'n voorbeeld is die trio van kyaniet, andalusiet en sillimaniet.) Aragoniet het 'n orthorhombiese struktuur en kalkiet 'n trigonale struktuur (die Mindat-werf kan jou help om dit vir aragoniet en vir kalsiet te visualiseer). My gallery van karbonaatminerale dek die basiese beginsels van albei minerale uit die rockhound se oogpunt: hoe om hulle te identifiseer, waar hulle gevind word, sommige van hul eienaardighede.
Kalkiet is meer stabiel in die algemeen as aragoniet, maar as temperature en druk verander, kan een van die twee minerale na die ander verander. By oppervlaktoestande verander aragoniet spontaan in kalkiet oor geologiese tyd, maar by hoër druk is aragoniet, die digter van die twee, die voorkeurstruktuur. Hoë temperature werk in kalkiet se guns. By oppervlakdruk kan aragoniet nie langer as 400 ° C temperature verduur nie.
Hoë-druk, lae-temperatuur rotse van die blueschist- metamorfiese fasette bevat dikwels aronietare in plaas van kalsiet.
Die proses om terug te keer na kalsiet is stadig genoeg dat aragoniet in 'n metastabiele toestand kan bly, soortgelyk aan diamant .
Soms verander 'n kristal van een minerale na die ander minerale terwyl die oorspronklike vorm as 'n pseudomorf voorkom. Dit kan lyk soos 'n tipiese kalksteek of aragonietnaald, maar die petrografiese mikroskoop toon sy ware natuur.
Baie geoloë, vir die meeste doeleindes, hoef nie die korrekte polimorf te ken nie en praat net oor "karbonaat". Die meeste van die tyd is die karbonaat in gesteentes kalsiet.
Kalsiumkarbonaat Minerale in Water
Kalsiumkarbonaatchemie is meer ingewikkeld wanneer dit kom by die begrip van polymorf wat uit oplossing sal kristalliseer. Hierdie proses is algemeen van aard, want nie mineraal is hoogs oplosbaar nie, en die teenwoordigheid van opgeloste koolstofdioksied (CO 2 ) in water stoot hulle na neerslag. In water bestaan ​​CO 2 in balans met die bikarbonaat ioon, HCO 3 + , en koolsuur, H 2 CO 3 , wat almal hoogs oplosbaar is. Die verandering van die vlak van CO 2 beïnvloed die vlakke van hierdie ander verbindings, maar die CaCO 3 in die middel van hierdie chemiese ketting het baie min keuse as om te minerale wat nie vinnig kan oplos nie en terug te keer na die water. Hierdie eenrigtingproses is 'n belangrike dryfveer van die geologiese koolstofsiklus.
Watter reëling sal die kalsiumione (Ca 2+ ) en karbonaatione (CO 3 2- ) kies as hulle by CaCO 3 aansluit, hang af van toestande in die water. In skoon vars water (en in die laboratorium) oorheers kalsiet veral in koel water. Kalksteenformasies is gewoonlik kalsiet.
Minerale semente in baie kalkstene en ander sedimentêre gesteentes is gewoonlik kalsiet.
Die oseaan is die belangrikste habitat in die geologiese rekord, en kalsiumkarbonaat mineralisasie is 'n belangrike deel van die oseaniese lewe en mariene geochemie. Kalsiumkarbonaat kom direk uit oplossing om minerale lae te vorm op die klein ronde deeltjies wat ooïedes genoem word en die sement van seebodem modder te vorm. Watter minerale kristalliseer, kalsiet of aragoniet hang af van die waterchemie.
Seewater is vol ione wat meeding met kalsium en karbonaat. Magnesium (Mg 2+ ) kleef aan die kalsietstruktuur, vertraag die groei van kalsiet en dwing homself in die kalkiet se molekulêre struktuur, maar dit meng nie met aragoniet nie. Sulfate ion (SO 4 - ) onderdruk ook kalsietgroei. Warmer water en 'n groter voorraad opgeloste karbonaat bevoordeel aragoniet deur dit aan te moedig om vinniger te groei as kalkiet.
Kalkiet en Aragoniet Seas
Hierdie dinge is belangrik vir die lewende dinge wat hul skulpe en strukture uit kalsiumkarbonaat bou. Skulpvis, insluitende tweekleppels en brachiopods, is bekende voorbeelde. Hul skulpe is nie suiwer minerale nie, maar ingewikkelde mengsels van mikroskopiese karbonaatkristalle gebind saam met proteïene. Die eenderselle en plante wat as plankton geklassifiseer word, maak hul skulpe, of toetse, op dieselfde manier. Nog 'n belangrike faktor blyk te wees dat alge voordeel trek uit karbonaat deur hulself te verseker dat hulle gereed is vir CO 2 om fotosintese te help.
Al hierdie wesens gebruik ensieme om die minerale wat hulle verkies, te bou. Aragoniet maak behoeftige kristalle, terwyl kalsiet blokkeriges maak, maar baie spesies kan ook van gebruik maak. Baie mollusk skulpe gebruik aragoniet aan die binnekant en kaliteer aan die buitekant. Wat hulle ook al gebruik, gebruik energie, en wanneer die oseaanstoestande een karbonaat of die ander bevorder, neem die dopbouproses ekstra energie om te werk teen die dikte van suiwer chemie.
Dit beteken dat die verandering van die chemie van 'n meer of die oseaan sommige spesies en voordele ander penaliseer. Oor die geologiese tyd het die oseaan verskuif tussen "aragoniet seë" en "kalsiet see." Vandag is ons in 'n aragoniete see wat hoog in magnesium is - dit bevorder die neerslag van aragoniet plus kalsiet wat hoog in magnesium is. 'N Kalsiet See, laer in magnesium, bevoordeel lae-magnesiumkalsiet.
Die geheim is vars seebodem basalt, wie se minerale reageer met magnesium in seewater en trek dit uit die sirkulasie.
Wanneer plate-tektoniese aktiwiteit kragtig is, kry ons kalsiet-seë. As dit stadiger is en die verspreiding van sones korter is, kry ons aragoniet seë. Daar is natuurlik meer aan as dit. Die belangrikste ding is dat die twee verskillende regimes bestaan, en die grens tussen hulle is ongeveer wanneer magnesium twee keer so groot is as kalsium in seewater.
Die Aarde het sedert ongeveer 40 miljoen jaar gelede (40 Ma) 'n aragonitiese see gehad. Die mees onlangse vorige aragonitiese seestyd was tussen laat-Mississippiese en vroeë Jurassiese tyd (ongeveer 330 tot 180 Ma), en die volgende presambriese, voor 550 Ma. Tussen hierdie tydperke het die Aarde kalkstee gehad. Meer aragoniet- en kalkietperiodes word kortliks weer in die hand gesit.
Daar word gedink dat hierdie grootskaalse patrone oor geologiese tyd 'n verskil gemaak het in die mengsel van organismes wat riffe in die see gebou het. Die dinge wat ons leer oor karbonaatmineralisering en die reaksie daarvan op die oseaanchemie, is ook belangrik om te weet as ons probeer uitvind hoe die see sal reageer op mensverwante veranderinge in die atmosfeer en klimaat.