Dünya'nın Karbon Döngüsünde Kalsit ve Aragonit

Karbonu Dünya üzerinde esas olarak canlılarda (yani organik maddede) veya atmosferde karbondioksit olarak bulunan bir element olarak düşünebilirsiniz. Bu jeokimyasal rezervuarların her ikisi de elbette önemlidir, ancak karbonun büyük çoğunluğu karbonat mineralleri. Bunlar, kalsit ve aragonit adı verilen iki mineral formu alan kalsiyum karbonat tarafından yönlendirilir.

Aragonit ve kalsit aynı kimyasal formüle sahiptir, CaCO₃ancak atomları farklı konfigürasyonlarda istiflenir. Yani, onlar polimorfları. (Başka bir örnek, kiyanit, andalusit ve sillimanit üçlüsüdür.) Aragonit ortorombik bir yapıya sahiptir ve kalsit üçgen bir yapıya sahiptir. Karbonat mineralleri galerimiz, rockhound'un bakış açısından her iki mineralin temellerini de kapsar: bunların nasıl tanımlanacağı, nerede bulundukları, bazı özellikleri.

Kalsit genel olarak aragonitten daha kararlıdır, ancak sıcaklıklar ve basınçlar değiştikçe iki mineralden biri diğerine dönüşebilir. Yüzey koşullarında, aragonit jeolojik zaman içinde kendiliğinden kalsite dönüşür, ancak yüksek basınçlarda aragonit, ikisinin yoğunluğu tercih edilen yapıdır. Yüksek sıcaklıklar kalsitin lehine çalışır. Yüzey basıncında, aragonit uzun süre 400 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklara dayanamaz.

Yüksek basınçlı, düşük sıcaklıklı kayaçlar mavişist metamorfik fasiyeslerde genellikle kalsit yerine aragonit damarları bulunur. Kalsite geri dönme işlemi, aragonitin metastabil bir durumda devam edebileceği kadar yavaştır. elmas.

Bazen bir minerallerin bir kristali, orijinal şeklini korurken diğer minerallere dönüşür. psödomorf: tipik bir kalsit topuzu veya aragonit iğnesi gibi görünebilir, ancak petrografik mikroskop gerçek doğa. Birçok jeolog, çoğu amaç için, doğru polimorfu bilmek ve sadece "karbonat" hakkında konuşmak zorunda değildir. Çoğu zaman, kayalardaki karbonat kalsittir.

Kalsiyum karbonat kimyası, hangi polimorfun çözeltiden kristalleşeceğini anlamak söz konusu olduğunda daha karmaşıktır. Bu işlem doğada yaygındır, çünkü hiçbir mineral yüksek oranda çözünür değildir ve çözünmüş karbon dioksit (CO₂su içinde) çökelmeye doğru iter. Suda, CO₂ bikarbonat iyonu, HCO ile dengede bulunur₃⁺ve karbonik asit, H₂CO₃hepsi çözünür. CO seviyesinin değiştirilmesi₂ bu diğer bileşiklerin seviyelerini etkiler, ancak CaCO₃ Bu kimyasal zincirin ortasında hemen çözünmeyen ve suya dönmeyen bir mineral olarak çökeltmekten başka çaresi yoktur. Bu tek yönlü süreç, jeolojik karbon döngüsünün önemli bir itici gücüdür.

Hangi kalsiyum iyonlarını düzenler (Ca²⁺) ve karbonat iyonları (CO₃^2–) CaCO'ya katıldıklarında₃ sudaki koşullara bağlıdır. Temiz tatlı suda (ve laboratuvarda), özellikle soğuk suda kalsit baskındır. Mağara taşı oluşumları genellikle kalsittir. Birçok kalker ve diğer tortul kayaçlardaki mineral çimentolar genellikle kalsittir.

Okyanus, jeolojik kayıttaki en önemli habitattır ve kalsiyum karbonat mineralizasyonu okyanus yaşamının ve deniz jeokimyasının önemli bir parçasıdır. Kalsiyum karbonat, doğrudan oid denilen küçük yuvarlak parçacıklar üzerinde mineral tabakaları oluşturmak ve deniz tabanı çamurunun çimentolarını oluşturmak için doğrudan çözeltiden çıkar. Hangi mineral kristalleşir, kalsit veya aragonit, su kimyasına bağlıdır.

Deniz suyu dolu iyonlar kalsiyum ve karbonat ile rekabet eder. Magnezyum (Mg²⁺) kalsit yapısına yapışır, kalsit büyümesini yavaşlatır ve kendini kalsitin moleküler yapısına zorlar, ancak aragonite müdahale etmez. Sülfat iyonu (SO₄^–) kalsit büyümesini de baskılar. Daha sıcak su ve daha fazla çözünmüş karbonat kaynağı, kalgonitten daha hızlı büyümesini teşvik ederek aragoniti tercih eder.

Bunlar kabuklarını ve yapılarını kalsiyum karbonattan inşa eden canlılar için önemlidir. Kabuklu deniz ürünleri, kabuklular ve brakiyopodlar, bilinen örneklerdir. Kabukları saf mineral değil, proteinlerle birbirine bağlı karmaşık mikroskobik karbonat kristal karışımlarıdır. Plankton olarak sınıflandırılan tek hücreli hayvanlar ve bitkiler, kabuklarını veya testlerini aynı şekilde yaparlar. Bir diğer önemli faktör, alglerin kendilerine hazır bir CO arzı sağlayarak karbonattan faydalanmalarıdır.₂ fotosenteze yardımcı olur.

Tüm bu canlılar tercih ettikleri mineralleri oluşturmak için enzimler kullanırlar. Aragonit iğneleyici kristaller yaparken kalsit bloklu olanları yapar, ancak birçok tür bunlardan herhangi birini kullanabilir. Birçok yumuşakça kabuğu iç kısımda aragonit, dış kısımda kalsit kullanır. Yaptıkları her şey enerjiyi kullanır ve okyanus koşulları bir karbonatı ya da diğerini tercih ettiğinde, kabuk inşa süreci saf kimyanın diktelerine karşı çalışmak için ekstra enerji alır.

Bu, bir gölün veya okyanusun kimyasının değiştirilmesinin bazı türleri cezalandırdığı ve diğerlerine avantaj sağladığı anlamına gelir. Jeolojik zaman içerisinde okyanus "aragonit denizleri" ve "kalsit denizleri" arasında değişmiştir. Bugün bir magnezyum açısından yüksek olan aragonit denizi - yüksek olan aragonit artı kalsitin çökelmesini destekler magnezyum. Magnezyumda daha düşük olan bir kalsit denizi, düşük magnezyum kalsiti tercih eder.

Sır, mineralleri deniz suyunda magnezyum ile reaksiyona giren ve dolaşımdan çeken taze deniz tabanı bazalttır. Levha tektonik aktivitesi kuvvetli olduğunda, kalsit denizlerine kavuşuruz. Yavaş ve yayılan bölgeler daha kısa olduğunda aragonit denizlerine kavuşuruz. Elbette bundan daha fazlası var. Önemli olan iki farklı rejimin var olması ve magnezyum deniz suyunda kalsiyumdan iki kat daha fazla olduğunda aralarındaki sınır kabacadır.

Dünya yaklaşık 40 milyon yıl önce (40 Ma) beri aragonit denizine sahipti. En son önceki aragonit deniz dönemi geç Mississippian ile erken Jura dönemi arasındaydı (yaklaşık 330-180) Ma) ve bir sonraki zamanda 550 Ma'dan önce en son Precambrian vardı. Bu dönemler arasında, Dünya'da kalsit vardı denizler. Zaman içinde daha fazla aragonit ve kalsit periyodu haritalandırılmaktadır.

Jeolojik zaman içinde bu büyük ölçekli modellerin, inşa edilen organizmaların karışımında bir fark yarattığı düşünülmektedir. resifleri denizde. Karbonat cevherleşmesi ve okyanus kimyasına tepkisi hakkında öğrendiklerimiz de önemlidir. denizin atmosferdeki insan kaynaklı değişikliklere nasıl tepki vereceğini anlamaya çalışırken iklim.