Kalkstein

Die Kalksteine sind Sedimentgesteine wie Sandstein oder Gips , die im Wasser leicht löslich sind (siehe Karst ) und hauptsächlich aus Calciumcarbonat, CaCO 3 , aber auch Magnesiumcarbonat, MgCO 3 bestehen . Diese Karbonatgesteine sind aus geologischer und wirtschaftlicher Sicht von großer Bedeutung.

Einteilung

Es ist in Frankreich , der Schweiz und Belgien das häufigste Gestein, aus dem beide Berge ( Alpen , Jura , Pyrenäen ) als Ebenen ( Champagne ), Becken ( Pariser Becken ) oder Hochebenen (Jura, Larzac, Poitou-Charentes) bestehen. Kalkstein ist an seinem weißen Farbton und dem Vorhandensein von Fossilien zu erkennen .

Ausbildung

Es wird durch Ansammlung von Muscheln und Skeletten von Mikroalgen und Meerestieren gebildet, hauptsächlich am Meeresboden, manchmal aber auch in einer Seeumgebung. Es wird auch durch Niederschlag in einer kontinentalen Umgebung gebildet.

Ausfällung von Calciumcarbonat

Das Calciumcarbonat wird in Gewässern (meist in Meerwasser) gebildet. Es resultiert aus der Ausfällung gelöster Ionen. Diese Ausfällung folgt der Reaktion:

VSbeim2++2((H.VSÖ3- -)↔VSbeimVSÖ3+VSÖ2+H.2Ö{\ displaystyle \ mathrm {Ca ^ {2 +} + 2 \, (HCO_ {3} ^ {-}) \ leftrightarrow CaCO_ {3} + CO_ {2} + H_ {2} O}}

Diese Ausfällung wird durch Muscheln oder Muschelorganismen ( Weichtiere , Seeigel , Korallen , Planktonalgen usw.), durch die Atmung von Lebewesen oder durch die plötzliche Entgasung von Wasser erleichtert .

Bildung von Kalksteinfelsen

Kalksteine ​​können sich in einer kontinentalen Umgebung ( Tuff , Stalaktiten, Stalagmiten), Seen oder (meistens) in einer ozeanischen Umgebung bilden.

Es gibt verschiedene Arten der Bildung von Kalkstein- oder Karbonatgesteinen:

• durch Ausfällung (chemischer Kalkstein):
  • Die langsame Sedimentation und / oder Akkumulation mikroskopischer Elemente, die durch Ausfällung erhalten werden (siehe vorheriger Absatz), und ihre Verfestigung durch Diagenese führen zur Bildung von Kalkstein. Diese Kalksteine ​​sind oft fossil;
  • die plötzliche Entgasung von Grundwasser, das an die frische Luft (Höhle, Quelle) gelangt oder von Pflanzen einer CO 2 -Abstraktion unterzogen wirdkönnen lokalisierte Niederschläge verursachen, die je nach den Umständen Travertine oder Stalaktiten und Stalagmiten erzeugen . Diese in einer kontinentalen Umgebung gebildeten Kalksteine ​​sind selten fossil;
• durch die Wirkung von Lebewesen (biogener Kalkstein). Sie können aus einer starken Ansammlung von Muscheln oder kalkhaltigen Muscheln (intakt oder in Trümmern) wie Kreide , Tuff oder Biokonstruktion (Riffkalkstein) resultieren. Sie sind immer noch fossil;
• durch Erosion (Detritalkalkstein), zum Beispiel Kalksteinbrekzien oder Ophicalcit.

Physikalische Eigenschaften

Für den Einsatz in Gebäuden und öffentlichen Arbeiten sind die mechanischen Eigenschaften von Kalksteinen wichtig, insbesondere da sie sehr unterschiedlich sind. Kalksteine ​​können je nach Verwendungszweck unterschiedlich angepasst werden (es gibt kein gemeinsames Maß zwischen Marmor und Kreide ). Sie werden verschiedenen Tests unterzogen: der Reibungsverschleißbeständigkeit, die mit dem Micro-Deval-Test in Gegenwart von Wasser gemessen wurde, und der Schlagfestigkeitstest (Bruchfestigkeit) mit dem Los Angeles-Test. Kalkstein hat oft eine weiße Farbe.

Chemische Eigenschaften

Kalkstein kann identifiziert werden, weil er von Säuren wie in Lösung enthaltener Salzsäure, in Essig enthaltener Ethansäure oder Essigsäure oder von Weinsäure angegriffen werden kann (er bildet dann Calciumtartrat und CO 2)). Da Hydrogencarbonat eine Base ist , reagiert es mit Salzsäure in Lösung gemäß der folgenden Gleichung:

H.3Ö++H.VSÖ3- -↔VSÖ2+2H.2Ö{\ displaystyle \ mathrm {H_ {3} O ^ {+} + HCO_ {3} ^ {-} \ leftrightarrow CO_ {2} +2 \, H_ {2} O}}

Mineralogische Zusammensetzung

Per Definition enthalten Carbonatgesteine ​​mehr als 50 Gew .-% Carbonate. Reine Kalksteine ​​bestehen zu mindestens 90% aus Calcit . Die wichtigsten anderen Bestandteile sind die Karbonatmineralen  (in) der Aragonit - Typ „mit, in den unreinen Sorten, Dolomit und ankerite (Eisen Dolomit) ... In den Typen vorbei detrital Felsen , wir finden nicht-kohlen allogenen Elemente : Quarz Feldspat, Glimmer, Ton; wir können auch finden authigenen Mineralien  Feldspat, glauconia, Phosphate, Eisenerze“: .

Der Calcit ist das Polymorph sekundären geologischen Ursprungs von Calciumcarbonat. Das Polymorph primär biogenen Ursprungs ist Aragonit (Beispiel für Aragonit: das Skelett hermatypischer Korallen ).

Reinheitsgrad und Farben

Calcit-Mikrokristalle geben ihnen bei der ersten Ordnung eine weiße Farbe. Verschiedene Verunreinigungen können ihm dennoch geben sehr unterschiedliche Farben (Farben gelb, grau, braun oder schwarz): Tone , die abfangen können Eisenhydroxide und Eisenoxiden zu dem entsprechenden Adsorptions - Prozess , so dass Farbtöne im Bereich von hellocker , gelb bis rot, je nachdem , ihr Oxidations- und Hydratationsgrad; das Manganoxid und der anthrazitfarbene Kalkstein schwarz. Andere Verunreinigungen wirken antagonistisch: Einige fördern die Auflösung von Calcit (Metallelemente, Chloride), andere erhöhen die Beständigkeit gegen dessen Auflösung (Vorhandensein von Quarzkörnern).

„Kalkstein gilt als unrein, wenn er 10 bis 50% dieser Verunreinigungen enthält. Wenn dies 50% überschreitet, sprechen wir nicht mehr von Kalksteinen (oder so von Sandstein, Marly, tonigen Kalksteinen usw.). ""

Kalkstein und Wasser

Kalkstein reagiert mit verdünnter Salzsäure unter Bildung von Calciumchlorid , einem Salz, das in Wasser sehr gut löslich ist. Diese Brausereaktion ist nützlich für den Geologen , der vor Ort ein Kalksteingestein erkennen kann, oder für den Pedologen, um festzustellen, ob eine Erde freien oder aktiven Kalkstein enthält. Dieses Aufschäumen charakterisiert die folgende Säure-Base- Reaktion (nachgewiesen durch die Freisetzung von Kohlendioxidblasen, die das Kalkwasser trüben ):

CaCO 3 + 2 HCl → CaCl 2 + H 2 O + CO 2

Diese Reaktion wird häufig im Unterricht und in praktischen Arbeiten in Biologie , Geologie oder Chemie verwendet , um die Auflösung von Calciumcarbonat zu demonstrieren (Erfahrung mit dem Rückprall des rohen Eies, Sprudeln von Kalkstein, Muscheln, Korallen- und Muschelschuppen, Erfahrung mit einem Kreidestab eines Schulkindes, der Schäume), das Vorhandensein von Kalkstein im Boden.

Die Konzentration von Kalkstein im Trinkwasser oder in der Härte wird in "französischem Grad" ausgedrückt. Ein Grad entspricht 4  mg / l an Ca . Es gibt keinen gesetzlichen Höchstgehalt.

Das Vorhandensein von Kalk im Wasser ist beim Trinken nicht gesundheitsschädlich, da es eine Kalziumergänzung bietet und sonst keinen Schaden verursacht. Es hat jedoch eine schädliche Wirkung auf die Haut, die es austrocknet, und stellt eine Quelle von Komplikationen dar (Reizung, sogar Ekzeme, Psoriasis usw.). Wenn das Wasser zu hart ist, wird empfohlen, einen Wasserenthärter zu installieren.

Andererseits kann eine zu hohe Härte zu Unannehmlichkeiten bei der Verwendung führen ( Ablagerungen , Schwierigkeiten beim Schäumen der Seife , grobe Wäsche). Die Gewässer, die in den meisten Kalksteinregionen Frankreichs verteilt sind, sind in diesem Fall ( Pariser Becken , Causses du Quercy , Préalpes , Pyrenäen-Piemont ).

Typologie

Geologen haben Klassifikationen erstellt, die hauptsächlich auf der Struktur von Karbonatgesteinen basieren, was häufig die Verwendung eines Mikroskops oder zumindest einer starken Lupe erfordert. Sie verwenden auch eine praktische Nomenklatur, die auf den wichtigsten Merkmalen basiert:

• Abhängig von den Anteilen von Calcit und Dolomit lautet die Terminologie wie folgt: reiner Kalkstein (100% bis 95% Calcit, Dolomit maximal 5%), Magnesiakalkstein (mit 5 bis 10% Dolomit), Dolomitkalkstein (mit 10 bis 50%) Dolomit).
• Abhängig von den Anteilen von Kalkstein und Ton: Mergelkalk (5 bis 35% Ton), Mergel (35 bis 65% Ton).
• Abhängig von der Lagerstätte: mariner Kalkstein ( pelagisch bis neritisch ) und kontinentaler Kalkstein (lakustriner Kalkstein, fluviatile , Kalksteinkrusten bestimmter Böden . Je nach Körnung: feiner oder sehr feinkörniger Kalkstein (Mikrit, mikrokristalliner Kalkstein mit 20 µm Kristallen, lithografisch) oder sublithographischer Kalkstein) oder gröberkörniger Kalkstein (kristalliner Kalkstein mit Kristallen> 64 oder 100 um, im Allgemeinen aufgrund von Rekristallisationen; Mikrogrenus-Kalksteine ​​mit Kristallen von 100 bis 250 um; saccharoide Kalksteine, grobe Kalksteine).
• Abhängig von den Strukturen und Texturen: massiver Kalk oder Kalkstein, oolitischer Kalkstein, pisolitisch, kiesig, knotig, mit Knötchen oder Phosphatunfällen, siliciumhaltig.
• Entsprechend der Bedeutung von fossilen oder deren Trümmern gebauten Kalksteinen oder Kalksteinriffen , in denen sich Organisationen in einer Lebensposition befinden ( Bioherme , Biostrom ), Kalkstein- Coquinoid und Shelly, Kalkstein und bioklastischer biodetritaler Biosparit, Biomikrit ), Kalkstein- Ammoniten ...
• Je nach Anwesenheit von terrigenous Material  : Sand, schluffigen, tonigen Kalkstein, mit einem schrittweisen Durchgang zu detrital Kalkfelsen ( calcirudites , Kalkarenite ).

Kalksteintransformation

Metamorphose

• Metamorphosierter Kalkstein ergibt Marmor .

Gemischter Kalkstein

• Mit Ton vermischter Kalkstein ergibt Mergel .
• Das Vorhandensein von Nieren, Feuersteinbetten und Chaille zeugt von der Ausfällung von in Meerwasser gelöstem Siliciumdioxid, das aus der Diagenese von vergrabenen Skeletten während der Bildung von Kalkstein resultiert .
• Mit Serpentin vermischter Kalkstein ist ein Ophicalcit .

Branntkalk

Wenn Kalkstein in Kalzinierungsöfen ( Kalköfen ) auf etwa 900  ° C erhitzt wird, erscheinen auf der Oberfläche pulverförmige Steine ​​- chemisch gesehen Calciumoxid  - genannt Branntkalk . Dieser Branntkalk reagiert heftig mit Wasser unter Bildung von gelöschtem Kalk oder Calciumhydroxid. Kalksuspensionen in Wasser ( Kalkwasser ), die an den Wänden verteilt sind (Kalk), resorbieren CO 2 Luft und bedecken sie mit einer Schicht Calciumcarbonat.

Erosion

• Die marine Erosion von Kalksteinaufschlüssen in der oberen Normandie führt zu hohlen Reliefs (Türen) und Nadeln.
• Die Auflösung von festen und massiven Kalksteinen bildet Oberflächen mit bestimmten Formen: den Lapiaz .

• Die Klippen von Étretat ( Seine-Maritime , Frankreich ) bestehen aus Kreide , einer besonderen Art von Kalkstein.

• Lapiaz de l'Alto de Brenas, Kantabrien , Spanien .

Karstmodelle

Je nach Kalksteinart ist er mehr oder weniger widerstandsfähig und in sauren Wässern mehr oder weniger löslich. Diese Kalkstein Auflösung Phänomene, über Zirkulation von Flüssigkeiten in den verschiedenen Frakturen und Brüchen werden genannt Karstphänomene ( Höhlen , Dolinen , Verluste, im Bohrloch ,  usw. ). Der gelöste Kalkstein kann in Form von Stalaktiten und Stalagmiten in den Höhlen wieder ausfallen.

• Reliefs des Torcal de Antequera, Malaga , Spanien .

• Korrosionsformen in der Cueva de Palestina, Nueva Cajamarca, Rioja , San Martin , Peru .

• Stalaktiten in Gardners Darmhöhle, Waikato , Neuseeland .

Verwendet

Kalksteinfelsen werden verwendet:

In der Konstruktion

• als Material in der Skulptur (direkte Schnitztechnik );
• als Gebäude Felsen in Bau: zum Beispiel Caen Stein wurde verwendet , um viele Sakralbauten im aufzubauen Mittelalter oder ganz einfach zu bauen Häuser . Diese Verwendung ist jetzt in der Konstruktion marginal. Der Stein ist eine professionelle Restaurierung historischer Denkmäler;
• als Straßenmaterial: Schotter , Kieskalksteine, Ballast , sehr häufig verwendet;
• als Rohstoff für die Herstellung von Zement;
• als Sand und Zuschlagstoffe bei der Herstellung von Beton, seltener in bituminösen Mischungen, für die härtesten Kalksteine;
• wie "  blanc de Meudon  ", "  blanc d'Espagne  ", Toulouse oder sogar Champagner ( Troyes ).

In der Industrie

• Natriumcarbonat und Calciumchlorid nach dem Solvay-Verfahren herzustellen  ;
• als pulverförmiger mineralischer Füllstoff in verschiedenen Industrieprodukten (Kunststoffe, Farben, Klebstoffe, wiederkehrende Produkte usw.);
• als Flussmittel beim Schmelzen von Glas (zu Sand ) und beim Schmelzen von Eisenmetallen (zu Kalkstein );
• als landwirtschaftliche Kalziumänderung zur Bekämpfung der Bodenversauerung;
• als Kalziumversorgung im Futter von Nutztieren;
• als Abschlussschicht aus Papier (eine Tonne Papier enthält 250-300  kg Kalkstein);
• zur Behandlung von Wasser, Schlamm und Hausmüll.

Ein m³ Trinkwasser benötigt 50 bis 200 Gramm Kalk, um Schwermetalle und Schlamm auszufällen.

In der Innenausstattung

• zu schaffen Reliefs mit der Technik der Einlage beim Formen, wie am Petrifying Brunnen von Saint-Nectaire
• Objekte mit thermomineralischen Quellen zu kristallisieren (diese Objekte mit Kalkstein zu bedecken)
• Reproduktion eines Objekts unter Verwendung eines Formteils , unter Verwendung von Versteinerungswaagen , eines Werkzeugs, das von Jean Serre in Saint-Nectaire oder von De Vigni in Bagni San Filippo, Italien, verwendet wird .

Die Produktionen in Frankreich sind

• Kalksteinaggregate aus Steinbrüchen: 101.700.000 Tonnen im Jahr 2004;
• Industriekalkstein: 3.170.800 Tonnen im Jahr 2005;
• Kalziumänderungen: 1.400.000 Tonnen im Jahr 2003;
• Weiß aus Meudon und Weiß aus Spanien (Kalkstein zu einem feinen Pulver reduziert, normalerweise 40 Mikrometer).

Kalzinierter Kalkstein produziert Kalk, der viele Verwendungszwecke hat.

Republikanischer Kalender

• Im republikanischen Kalender , der Kalkstein war der mit dem zugewiesenen Namen 18 - ten  Tag der Nivöse , den 7. Januar.

Anmerkungen und Referenzen

1. Fels- und Bodenmechanik
2. André Vatan, Handbuch für Sedimentologie , TECHNIP-Ausgaben,1967( online lesen ) , p.  233-234.
3. Jean-Noël Salomon, Präzise Karstologie , Presses Universitaires de Bordeaux,2006( online lesen ) , p.  21-22.
4. Jean-Noël Salomon, op. cit. , S.21
5. G. Lannoy, Mein großes Erfahrungsbuch , Chantecler,1977, p.  84.
6. "  Wie kann ein rohes Ei springen?"  » , Auf wikidebrouillard.org ,12. Juli 2014.
7. Das Experiment besteht darin, die Schale, Koralle, Muschelschuppen oder Kreide in ein mit Essig gefülltes Glas zu legen. Alle diese Objekte geben CO 2 abwelche "das Kalkwasser trüben  ".
8. Alain Foucault, Jean-François Raoult, Wörterbuch der Geologie , Masson,1997, p.  49.
9. "  Inlays on Moulding - Versteinernde Brunnen des Heiligen Nectaire  " , auf fontaines-petrifiantes.fr (abgerufen am 28. Oktober 2020 )
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11. "  Toskana, thermisches Paradies  " , auf voyages.michelin.fr ,22. September 2017(Zugriff auf den 28. Oktober 2020 )
12. Unicem:
13. ANPEA - Nationaler Berufsverband für Düngemittel und Änderungen
14. Ph. Fr. Na. Fabre d'Églantine , Bericht an den Nationalen Konvent in der Sitzung des 3. des zweiten Monats des zweiten Jahres der Französischen Republik , p.  22 .

• [1] AGAR (Geologische Vereinigung von Alès und seiner Region)

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Externe Links

• Multidisziplinäre Datei auf Kalkstein