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Formaciones de La Zaplaz en las montañas Piatra Craiului , Rumania .

La piedra caliza es un tipo común de roca sedimentaria carbonatada . Está compuesto principalmente por los minerales calcita y aragonito , que son diferentes formas cristalinas de carbonato de calcio ( CaCO
3
). La piedra caliza se forma cuando estos minerales precipitan del agua que contiene calcio disuelto. Esto puede tener lugar a través de procesos biológicos y no biológicos, aunque es probable que los procesos biológicos hayan sido más importantes durante los últimos 540 millones de años. [1] La piedra caliza a menudo contiene fósiles , y estos proporcionan a los científicos información sobre entornos antiguos y sobre la evolución de la vida. [2]

Aproximadamente del 20% al 25% de la roca sedimentaria es roca carbonatada, y la mayor parte es piedra caliza. [3] [2] La roca carbonatada restante es principalmente dolomita , una roca estrechamente relacionada, que contiene un alto porcentaje del mineral dolomita , CaMg (CO
3
)
2
. La piedra caliza magnesiana es un término obsoleto y mal definido que se utiliza de diversas formas para la dolomita, para la piedra caliza que contiene una cantidad significativa de dolomita ( piedra caliza dolomítica ) o para cualquier otra piedra caliza que contenga un porcentaje significativo de magnesio . [4] La mayor parte de la piedra caliza se formó en entornos marinos poco profundos, como plataformas o plataformas continentales , aunque se formaron cantidades más pequeñas en muchos otros entornos. Gran parte de la dolomita es dolomita secundaria, formada por la alteración química de la piedra caliza. [5] [6] La piedra caliza está expuesta en grandes regiones de la superficie de la Tierra y debido a que la piedra caliza es ligeramente solubleen el agua de lluvia, estas exposiciones a menudo se erosionan para convertirse en paisajes kársticos . La mayoría de los sistemas de cuevas se encuentran en lecho de roca caliza.

La piedra caliza tiene numerosos usos: como material de construcción , componente esencial del hormigón ( cemento Portland ), como agregado para la base de carreteras, como pigmento blanco o relleno en productos como pasta de dientes o pinturas , como materia prima química para la producción de cal. , como acondicionador del suelo y como una adición decorativa popular para los jardines de rocas . Las formaciones de piedra caliza constituyen aproximadamente el 30% de los depósitos de petróleo del mundo . [2]

Descripción [ editar ]

La piedra caliza se compone principalmente de los minerales calcita y aragonito , que son diferentes formas cristalinas de carbonato de calcio ( CaCO
3
). Dolomita , CaMg (CO
3
)
2
, es un mineral poco común en la piedra caliza, y la siderita u otros minerales de carbonato son raros. Sin embargo, la calcita de la piedra caliza a menudo contiene un pequeño porcentaje de magnesio . La calcita en la piedra caliza se divide en calcita baja en magnesio y alta en magnesio, con la línea divisoria colocada en una composición de 4% de magnesio. La calcita con alto contenido de magnesio conserva la estructura mineral de la calcita, que es distinta de la dolomita. La aragonita no suele contener una cantidad significativa de magnesio. [7] La mayor parte de la piedra caliza es químicamente bastante pura, con sedimentos clásticos (principalmente cuarzo de grano fino y minerales arcillosos ) que representan menos del 5% [8] al 10% [9]de la composición. La materia orgánica normalmente constituye alrededor del 0,2% de una piedra caliza y rara vez supera el 1%. [10]

La piedra caliza a menudo contiene cantidades variables de sílice en forma de pedernal o fragmentos de esqueleto silíceo (como espículas de esponja , diatomeas o radiolarios ). [11] Los fósiles también son comunes en la piedra caliza. [2]

La piedra caliza es comúnmente de color blanco a gris. La piedra caliza que es inusualmente rica en materia orgánica puede tener un color casi negro, mientras que las trazas de hierro o manganeso pueden dar a la piedra caliza un color blanquecino a amarillo o rojo. La densidad de la piedra caliza depende de su porosidad, que varía del 0,1% para la piedra caliza más densa al 40% para la tiza. La densidad varía correspondientemente de 1,5 a 2,7 g / cm 2 . Aunque es relativamente suave, con una dureza de Mohs de 2 a 4, la piedra caliza densa puede tener una resistencia al aplastamiento de hasta 180 MPa . [12] A modo de comparación, el hormigón suele tener una resistencia al aplastamiento de unos 40 MPa. [13]

Aunque las calizas muestran poca variabilidad en la composición mineral, muestran una gran diversidad en la textura. [14] Sin embargo, la mayor parte de la piedra caliza consiste en granos del tamaño de arena en una matriz de lodo carbonatado. Debido a que las calizas son a menudo de origen biológico y generalmente están compuestas por sedimentos que se depositan cerca de donde se formaron, la clasificación de las calizas generalmente se basa en su tipo de grano y contenido de lodo. [8]

Granos [ editar ]

Ooids de una playa en Joulter's Cay, Bahamas
Ooides en piedra caliza de la Formación Carmel (Jurásico Medio) del suroeste de Utah.
Vista en sección delgada de una piedra caliza del Jurásico Medio en el sur de Utah , EE. UU. Los granos redondos son ooides ; el más grande tiene 1,2 mm (0,05 pulgadas) de diámetro. Esta piedra caliza es una oosparita.

La mayoría de los granos de piedra caliza son fragmentos esqueléticos de organismos marinos como corales o foraminíferos . [15] Estos organismos secretan estructuras hechas de aragonito o calcita, y dejan estas estructuras cuando mueren. Otros granos de carbonato que componen las calizas son los ooides , peloides y limeclastos ( intraclastos y extraclastos ). [dieciséis]

Los granos esqueléticos tienen una composición que refleja los organismos que los produjeron y el entorno en el que se produjeron. [17] Los granos esqueléticos de calcita con bajo contenido de magnesio son típicos de braquiópodos articulados , foraminíferos planctónicos y cocolitos . Los granos esqueléticos de calcita con alto contenido de magnesio son típicos de foraminíferos bentónicos, equinodermos y algas coralinas . Los granos esqueléticos de aragonito son típicos de moluscos , algas verdes calcáreas , estromatoporoides , corales y gusanos tubícolas.. Los granos esqueléticos también reflejan períodos y ambientes geológicos específicos. Por ejemplo, los granos de coral son más comunes en ambientes de alta energía (caracterizados por fuertes corrientes y turbulencias) mientras que los granos de briozoos son más comunes en ambientes de baja energía (caracterizados por aguas tranquilas). [18]

Los ooides (a veces llamados oolitos) son granos del tamaño de arena (menos de 2 mm de diámetro) que consisten en una o más capas de calcita o aragonita alrededor de un grano de cuarzo central o fragmento de mineral de carbonato. Es probable que se formen por precipitación directa de carbonato de calcio sobre el ooide. Los pisolitos son similares a los ooides, pero tienen más de 2 mm de diámetro y tienden a tener una forma más irregular. La piedra caliza compuesta principalmente de ooides se llama oolita o, a veces, piedra caliza oolítica . Los ooides se forman en entornos de alta energía, como la plataforma Bahama, y ​​los oolitos suelen mostrar capas cruzadas y otras características asociadas con la deposición en corrientes fuertes. [19] [20]

Los oncolitos se parecen a los ooides, pero muestran una estructura interna radial en lugar de estratificada, lo que indica que fueron formados por algas en un ambiente marino normal. [19]

Los peloides son granos sin estructura de carbonato microcristalino probablemente producidos por una variedad de procesos. [21] Se cree que muchos son gránulos fecales producidos por organismos marinos. Otros pueden ser producidos por algas endolíticas (perforadoras) [22] u otros microorganismos [23] o por descomposición de las conchas de moluscos. [24] Son difíciles de ver en una muestra de piedra caliza excepto en una sección delgada y son menos comunes en las calizas antiguas, posiblemente porque la compactación de los sedimentos carbonatados los altera. [22]

Los calclastos son fragmentos de piedra caliza existente o sedimentos carbonatados parcialmente litificados . Los intraclastos son limeclastos que se originan cerca de donde se depositan en la piedra caliza, mientras que los extraclastos provienen de fuera del área de depósito. Los intralastos incluyen grapestone , que son grupos de peloides cementados por material orgánico o cemento mineral. Los extraclastos son poco frecuentes, suelen ir acompañados de otros sedimentos clásticos e indican deposición en un área tectónicamente activa o como parte de una corriente de turbidez . [25]

Barro [ editar ]

Los granos de la mayoría de las calizas están incrustados en una matriz de lodo carbonatado. Esta es típicamente la fracción más grande de una antigua roca carbonatada. [22] El lodo que consiste en cristales individuales de menos de 5 micrones de longitud se describe como micrita . [26] En el lodo carbonatado fresco, la micrita consiste principalmente en pequeñas agujas de aragonito, que pueden precipitarse directamente del agua de mar, [27] ser secretadas por algas, [28] o ser producidas por abrasión de granos de carbonato en un ambiente de alta energía. [29] Esto se convierte en calcita unos pocos millones de años después de la deposición. La recristalización adicional de la micrita produce microespa , con granos de 5 a 15 micrones de diámetro. [27]

La piedra caliza a menudo contiene cristales más grandes de calcita, que varían en tamaño de 0.02 a 0.1 mm, que se describen como calcita de espárrago o esparita . Sparite se distingue de la micrita por un tamaño de grano de más de 20 micrones y porque sparite se destaca bajo una lupa o en una sección delgada como cristales blancos o transparentes. Sparite se distingue de los granos de carbonato por su falta de estructura interna y sus características formas cristalinas. [30]

Los geólogos tienen cuidado de distinguir entre esparita depositada como cemento y esparita formada por recristalización de granos de micrita o carbonato. Es probable que el cemento de esparita se haya depositado en el espacio poroso entre los granos, lo que sugiere un entorno de depósito de alta energía que eliminó el lodo carbonatado. La esparita recristalizada no es diagnóstica de ambiente depositacional. [30]

Otras características [ editar ]

Los afloramientos de piedra caliza se reconocen en el campo por su suavidad (la calcita y la aragonita tienen una dureza de Mohs de menos de 4, muy por debajo de los minerales de silicato comunes) y porque la piedra caliza burbujea vigorosamente cuando se le cae una gota de ácido clorhídrico diluido . La dolomita también es blanda, pero solo reacciona débilmente con el ácido clorhídrico diluido y, por lo general, adquiere un color marrón amarillento opaco característico debido a la presencia de hierro ferroso. Esto se libera y se oxida a medida que la dolomita se meteoriza. [8] Las impurezas (como arcilla , arena, restos orgánicos, óxido de hierro y otros materiales) harán que las calizas exhiban diferentes colores, especialmente con superficies desgastadas .

La composición de un afloramiento de roca carbonatada se puede estimar en el campo grabando la superficie con ácido clorhídrico diluido. Esto elimina la calcita y la aragonita, dejando atrás los granos de sílice o dolomita. Estos últimos se pueden identificar por su forma romboédrica . [8]

Los cristales de calcita, cuarzo , dolomita o barita pueden alinear cavidades pequeñas ( Vugs ) en la roca. Las cavidades son una forma de porosidad secundaria, formada en la piedra caliza existente por un cambio en el medio ambiente que aumenta la solubilidad de la calcita. [31]

La piedra caliza densa y maciza a veces se describe como "mármol". Por ejemplo, el famoso "mármol" de Portoro de Italia es en realidad una densa piedra caliza negra. [32] El verdadero mármol se produce mediante la recristalización de la piedra caliza durante el metamorfismo regional que acompaña al proceso de construcción de la montaña ( orogenia ). Se distingue de la piedra caliza densa por su textura cristalina gruesa y la formación de minerales distintivos a partir de la sílice y la arcilla presentes en la piedra caliza original. [33]

Clasificación [ editar ]

Terrazas de piedra caliza travertino de Pamukkale , Turquía .
Los acantilados blancos de Dover están compuestos de tiza.

Se utilizan dos esquemas de clasificación principales, el Folk y el Dunham, para identificar los tipos de rocas carbonatadas conocidas colectivamente como piedra caliza.

Clasificación popular [ editar ]

Robert L. Folk desarrolló un sistema de clasificación que pone el énfasis principal en la composición detallada de granos y material intersticial en rocas carbonatadas . [34] Según la composición, hay tres componentes principales: aloquímicos (granos), matriz (principalmente micrita) y cemento (esparita). El sistema Folk utiliza nombres de dos partes; el primero se refiere a los granos y el segundo al cemento. Por ejemplo, una piedra caliza compuesta principalmente de ooides, con una matriz cristalina, se denominaría oosparita. Es útil tener un microscopio petrográfico cuando se usa el esquema de Folk, porque es más fácil determinar los componentes presentes en cada muestra. [35]

Clasificación de Dunham [ editar ]

Robert J. Dunham publicó su sistema para piedra caliza en 1962. Se centra en el tejido depositacional de las rocas carbonatadas. Dunham divide las rocas en cuatro grupos principales basándose en proporciones relativas de partículas clásticas más gruesas, basándose en criterios como si los granos estaban originalmente en contacto mutuo y, por lo tanto, eran autosuficientes, o si la roca se caracteriza por la presencia de constructores de estructuras y esteras de algas. A diferencia del esquema Folk, Dunham se ocupa de la porosidad original de la roca. El esquema de Dunham es más útil para muestras manuales porque se basa en la textura, no en los granos de la muestra. [36]

Wright (1992) propuso una clasificación revisada. Agrega algunos patrones diagenéticos al esquema de clasificación. [37]

Lago reflectante en las Cavernas Luray del norte del Valle de Shenandoah

Otros términos descriptivos [ editar ]

El travertino es un término que se aplica a los depósitos de carbonato de calcio que se forman en ambientes de agua dulce, particularmente en aguas termales . Estos depósitos suelen ser masivos, densos y con bandas. Cuando los depósitos son muy porosos, de modo que tienen una textura esponjosa, generalmente se describen como toba . La calcita secundaria depositada por aguas meteóricas sobresaturadas ( agua subterránea ) en cuevas también se describe a veces como travertino. Esto produce espeleotemas , como estalagmitas y estalactitas . [38]

Coquina es una piedra caliza poco consolidada compuesta de trozos de coral , conchas u otros restos fósilesdesgastados. Cuando está mejor consolidado, se describe como coquinita . [39]

La tiza es una piedra caliza suave, terrosa y de textura fina compuesta por las pruebas de microorganismos planctónicos como los foraminíferos, mientras que la marga es una mezcla terrosa de carbonatos y sedimentos de silicato. [39]

Formación [ editar ]

La piedra caliza se forma cuando la calcita o la aragonita precipitan del agua que contiene calcio disuelto, lo que puede tener lugar a través de procesos biológicos y no biológicos. [40] La solubilidad del carbonato de calcio ( CaCO
3
) está controlado en gran medida por la cantidad de dióxido de carbono disuelto ( CO
2
) en el agua. Esto se resume en la reacción:

CaCO
3
+ H
2
O + CO
2
→ Ca 2+ + HCO-
3

Los aumentos de temperatura o las disminuciones de presión tienden a reducir la cantidad de CO disuelto
2
y precipitar CaCO
3
. La reducción de la salinidad también reduce la solubilidad del CaCO.
3
, en varios órdenes de magnitud para el agua dulce frente al agua de mar.[41]

El agua cercana a la superficie de los océanos de la Tierra está sobresaturada con CaCO
3
por un factor de más de seis. [42] El fracaso de CaCO
3
la precipitación rápida de estas aguas se debe probablemente a la interferencia de los iones de magnesio disueltos con la nucleación de los cristales de calcita, el primer paso necesario en la precipitación. La precipitación de aragonito puede ser suprimida por la presencia de fosfatos orgánicos naturales en el agua. Aunque los ooides probablemente se forman a través de procesos puramente inorgánicos, la mayor parte del CaCO
3
La precipitación en los océanos es el resultado de la actividad biológica. [43] Gran parte de esto tiene lugar en plataformas de carbonato .

Una vista aérea de una nube de precipitación de evento de merlán en el lago Ontario.

El origen del lodo carbonatado, [29] y los procesos mediante los cuales se convierte en micrita, [44] continúan siendo un tema de investigación. El lodo de carbonato moderno está compuesto principalmente por agujas de aragonito de alrededor de 5 micrones de longitud. Las agujas de esta forma y composición son producidas por algas calcáreas como Penicillus , lo que las convierte en una fuente plausible de barro. [45] Otra posibilidad es la precipitación directa del agua. Un fenómeno conocido como whitingsocurre en aguas poco profundas, en las que aparecen rayas blancas que contienen micrita dispersa en la superficie del agua. No se sabe si se trata de aragonito recién precipitado o simplemente de material removido del fondo, pero existe alguna evidencia de que el blanqueamiento se debe a la precipitación biológica de aragonito como parte de una floración de cianobacterias o microalgas . [46] Sin embargo, las proporciones de isótopos estables en el lodo carbonato moderno parecen ser inconsistentes con cualquiera de estos mecanismos, y la abrasión de los granos de carbonato en ambientes de alta energía se ha propuesto como una tercera posibilidad. [29]

La formación de piedra caliza probablemente ha estado dominada por procesos biológicos a lo largo del Fanerozoico , los últimos 540 millones de años de la historia de la Tierra. La piedra caliza puede haber sido depositada por microorganismos en el Precámbrico , antes de hace 540 millones de años, pero los procesos inorgánicos fueron probablemente más importantes y probablemente tuvieron lugar en un océano más sobresaturado en carbonato de calcio que el océano moderno. [47]

Diagénesis [ editar ]

La diagénesis es el proceso por el cual los sedimentos se compactan y se convierten en roca sólida . Durante la diagénesis de los sedimentos carbonatados, se producen importantes cambios químicos y de textura. Por ejemplo, la aragonita se convierte en calcita con bajo contenido de magnesio. La diagénesis es el origen probable de los pisolitos , partículas en capas concéntricas que varían de 1 a 10 milímetros (0,039 a 0,394 pulgadas) de diámetro que se encuentran en algunas calizas. Los pisolitos se parecen superficialmente a los ooides pero no tienen un núcleo de materia extraña, encajan estrechamente y muestran otros signos de que se formaron después de la deposición original de los sedimentos. [48]

Nódulos de sílex de Akcakoca dentro de piedra caliza blanda
Estilolitos macro en una piedra caliza.

La silicificación se produce al principio de la diagénesis, a pH y temperatura bajos, y contribuye a la conservación de los fósiles. La silicificación se produce a través de la reacción:

CaCO
3
+ H
2
O + CO
2
+ H
4
SiO
4
→ SiO
2
+ Ca 2+ + 2HCO-
3
+ 2 H
2
O

Los fósiles a menudo se conservan con exquisito detalle como pedernal. [49]

La cementación se lleva a cabo rápidamente en los sedimentos carbonatados, por lo general en menos de un millón de años después de la deposición. Algo de cementación se produce mientras los sedimentos aún están bajo el agua, formando suelos duros . La cementación se acelera después de la retirada del mar del entorno depositacional, a medida que el agua de lluvia se infiltra en los lechos de sedimentos, a menudo en unos pocos miles de años. A medida que el agua de lluvia se mezcla con el agua subterránea, la aragonita y la calcita con alto contenido de magnesio se convierten en calcita con bajo contenido de calcio. La cementación de los depósitos de carbonatos gruesos por el agua de lluvia puede comenzar incluso antes de la retirada del mar, ya que el agua de lluvia puede infiltrarse más de 100 kilómetros (62 millas) en los sedimentos debajo de la plataforma continental. [50]

A medida que los sedimentos de carbonato se entierran cada vez más profundamente bajo sedimentos más jóvenes, aumenta la compactación química y mecánica de los sedimentos. La compactación química se realiza mediante solución a presión de los sedimentos. Este proceso disuelve los minerales de los puntos de contacto entre los granos y los vuelve a depositar en el espacio de los poros, reduciendo la porosidad de la piedra caliza de un valor alto inicial del 40% al 80% a menos del 10%. [51] La solución a presión produce estolitos distintivos, superficies irregulares dentro de la piedra caliza en las que se acumulan sedimentos ricos en sílice. Estos pueden reflejar la disolución y pérdida de una fracción considerable del lecho de piedra caliza. A profundidades superiores a 1 kilómetro (0,62 millas), la cementación del entierro completa el proceso de litificación. La cementación de entierro no produce estolitos. [52]

Cuando los lechos suprayacentes se erosionan, acercando la piedra caliza a la superficie, tiene lugar la etapa final de la diagénesis. Esto produce una porosidad secundaria ya que parte del cemento se disuelve con el agua de lluvia que se infiltra en los lechos. Esto puede incluir la formación de cavidades , que son cavidades de cristal forrado dentro de la piedra caliza. [52]

La diagénesis puede incluir la conversión de piedra caliza en dolomita mediante fluidos ricos en magnesio. Existe evidencia considerable de reemplazo de piedra caliza por dolomita, incluidos límites de reemplazo agudos que atraviesan el lecho. [53] El proceso de dolomitización sigue siendo un área de investigación activa, [54] pero los posibles mecanismos incluyen la exposición a salmueras concentradas en ambientes calientes ( reflujo evaporativo ) o la exposición a agua de mar diluida en ambientes delta o estuarios ( dolomitización de Dorag ). [55] Sin embargo, la dolomitización de Dorag ha caído en desgracia como mecanismo de dolomitización, [56] con un artículo de revisión de 2004 que la describe sin rodeos como "un mito". [54]El agua de mar común es capaz de convertir la calcita en dolomita, si el agua de mar pasa regularmente a través de la roca, como por el reflujo y el flujo de las mareas (bombeo de las mareas). [53] Una vez que comienza la dolomitización, avanza rápidamente, por lo que hay muy poca roca carbonatada que contenga una mezcla de calcita y dolomita. La roca carbonatada tiende a ser casi toda calcita / aragonita o casi toda dolomita. [55]

Ocurrencia [ editar ]

Aproximadamente del 20% al 25% de la roca sedimentaria es roca carbonatada, [2] y la mayor parte es piedra caliza. [16] [2] La piedra caliza se encuentra en secuencias sedimentarias de hasta 2.700 millones de años. [57] Sin embargo, las composiciones de las rocas carbonatadas muestran una distribución desigual en el tiempo en el registro geológico. Aproximadamente el 95% de los carbonatos modernos están compuestos de calcita y aragonito con alto contenido de magnesio. [58] Las agujas de aragonito en el lodo de carbonato se convierten en calcita baja en magnesio en unos pocos millones de años, ya que esta es la forma más estable de carbonato de calcio. [27] Antiguas formaciones carbonatadas del Precámbrico y Paleozoicocontienen abundante dolomita, pero la piedra caliza domina los lechos de carbonatos del Mesozoico y Cenozoico . La dolomita moderna es bastante rara. Existe evidencia de que, mientras que el océano moderno favorece la precipitación de aragonito, los océanos del Paleozoico y del Cenozoico medio a tardío favorecieron la precipitación de calcita. Esto puede indicar una relación Mg / Ca más baja en el agua del océano de esa época. [59] Este agotamiento del magnesio puede ser una consecuencia de una expansión más rápida del fondo marino , que elimina el magnesio del agua del océano. El océano moderno y el océano del Mesozoico se han descrito como "mares de aragonito". [60]

La mayor parte de la piedra caliza se formó en entornos marinos poco profundos, como plataformas o plataformas continentales . Dichos entornos forman solo alrededor del 5% de las cuencas oceánicas, pero la piedra caliza rara vez se conserva en el talud continental y en los entornos de aguas profundas. Los mejores entornos para la deposición son las aguas cálidas, que tienen una alta productividad orgánica y una mayor saturación de carbonato de calcio debido a concentraciones más bajas de dióxido de carbono disuelto. Los depósitos de piedra caliza moderna se encuentran casi siempre en áreas con muy poca sedimentación rica en sílice, lo que se refleja en la pureza relativa de la mayoría de las calizas. Los organismos de los arrecifes son destruidos por el agua fangosa y salobre del río, y los granos de silicato mucho más duros muelen los granos de carbonato. [61]A diferencia de la roca sedimentaria clástica, la piedra caliza se produce casi en su totalidad a partir de sedimentos que se originan en o cerca del lugar de deposición. [62]

El Capitán , un antiguo arrecife de piedra caliza

Las formaciones de piedra caliza tienden a mostrar cambios abruptos de espesor. Los grandes rasgos parecidos a montículos en una formación de piedra caliza se interpretan como arrecifes antiguos , que cuando aparecen en el registro geológico se denominan biohermos . Muchos son ricos en fósiles, pero la mayoría carece de un marco orgánico conectado como el que se ve en los arrecifes modernos. Los restos fósiles están presentes como fragmentos separados incrustados en una amplia matriz de lodo. Gran parte de la sedimentación muestra indicios de que ocurre en las zonas intermareal o suprareal, lo que sugiere que los sedimentos llenan rápidamente el espacio de alojamiento disponible en la plataforma o plataforma. [63]La deposición también se favorece en el margen hacia el mar de las plataformas y plataformas, donde hay afloramiento de aguas profundas del océano ricas en nutrientes que aumentan la productividad orgánica. Los arrecifes son comunes aquí, pero cuando faltan, en su lugar se encuentran cardúmenes de ooid. Los sedimentos más finos se depositan cerca de la costa. [64]

La falta de calizas de aguas profundas se debe en parte a la rápida subducción de la corteza oceánica, pero es más el resultado de la disolución del carbonato de calcio en profundidad. La solubilidad del carbonato de calcio aumenta con la presión y aún más con concentraciones más altas de dióxido de carbono, que se produce al depositar materia orgánica en descomposición en las profundidades del océano que no se elimina mediante la fotosíntesis en las profundidades oscuras. Como resultado, hay una transición bastante brusca de agua saturada con carbonato de calcio a agua insaturada con carbonato de calcio, la lisoclina , que ocurre en la profundidad de compensación de calcita.de 4.000 a 7.000 metros (13.000 a 23.000 pies). Por debajo de esta profundidad, las pruebas de foraminíferos y otras partículas esqueléticas se disuelven rápidamente, y los sedimentos del fondo del océano pasan abruptamente de un lodo carbonatado rico en formaíferas y restos de cocolitos ( lodo Globigerina ) a lodo silícico sin carbonatos. [sesenta y cinco]

En casos raros, las turbiditas u otros sedimentos ricos en sílice entierran y preservan los depósitos de carbonato bentónicos (océano profundo). Las calizas bentónicas antiguas son microcristalinas y se identifican por su configuración tectónica. Los fósiles suelen ser foraminíferos y cocolitos. No se conocen calizas bentónicas anteriores al Jurásico, probablemente porque el plancton con caparazón de carbonato aún no había evolucionado. [66]

Las calizas también se forman en ambientes de agua dulce. [67] Estas calizas no son diferentes a las calizas marinas, pero tienen una menor diversidad de organismos y una mayor fracción de sílice y minerales arcillosos característicos de las margas . La Formación Green River es un ejemplo de una formación sedimentaria de agua dulce prominente que contiene numerosos lechos de piedra caliza. [68] La piedra caliza de agua dulce es típicamente micrítica. Los fósiles de carofitas (stonewort), una forma de alga verde de agua dulce, son característicos de estos ambientes, donde las carofitas producen y atrapan carbonatos. [69]

Las calizas también pueden formarse en ambientes depositacionales de evaporita . [70] [71] La calcita es uno de los primeros minerales en precipitar en las evaporitas marinas. [72]

Piedra caliza y organismos vivos [ editar ]

Arrecife de coral en Nusa Lembongan , Bali, Indonesia

La mayor parte de la piedra caliza está formada por las actividades de organismos vivos cerca de los arrecifes, pero los organismos responsables de la formación de los arrecifes han cambiado con el tiempo geológico. Por ejemplo, los estromatolitos son estructuras en forma de montículo en calizas antiguas, interpretadas como colonias de cianobacterias que acumulan sedimentos carbonatados. [73] Los organismos precipitan la piedra caliza tanto directamente como parte de sus esqueletos como indirectamente al eliminar el dióxido de carbono del agua mediante la fotosíntesis y, por lo tanto, disminuyen la solubilidad del carbonato de calcio. [69]

La piedra caliza muestra el mismo rango de estructuras sedimentarias que se encuentran en otras rocas sedimentarias. Sin embargo, las estructuras más finas, como la laminación , a menudo son destruidas por las actividades de excavación de los organismos ( bioturbación ). La laminación fina es característica de la piedra caliza formada en los lagos de playa , que carecen de organismos excavadores. [74] Las calizas también muestran características distintivas, como estructuras geopetales., que se forman cuando las conchas curvas se asientan en el fondo con la cara cóncava hacia abajo. Esto atrapa un espacio vacío que luego puede ser llenado con sparite. Los geólogos usan estructuras geopetales para determinar qué dirección estaba hacia arriba en el momento de la deposición, lo que no siempre es obvio con las formaciones de piedra caliza altamente deformadas. [75]

La cianobacteria Hyella balani puede perforar la piedra caliza; al igual que el alga verde Eugamantia sacculata y el hongo Ostracolaba implexa . [76]

Montículos de lodo micrítico [ editar ]

Los montículos de lodo micricítico son cúpulas subcirculares de calcita micrítica que carece de estructura interna. Los ejemplos modernos tienen hasta varios cientos de metros de espesor y un kilómetro de ancho, y tienen pendientes pronunciadas (con ángulos de pendiente de alrededor de 50 grados). Pueden estar compuestos de peloides arrastrados por las corrientes y estabilizados por el pasto Thallasia o los manglares . Los briozoos también pueden contribuir a la formación de montículos al ayudar a atrapar sedimentos. [77]

Los montículos de lodo se encuentran en todo el registro geológico, y antes del Ordovícico temprano , eran el tipo de arrecife dominante tanto en aguas profundas como poco profundas. Es probable que estos montículos de barro sean de origen microbiano. Tras la aparición de organismos arrecifales formadores de estructuras, los montículos de lodo se restringieron principalmente a aguas más profundas. [78]

Arrecifes orgánicos [ editar ]

Los arrecifes orgánicos se forman en latitudes bajas en aguas poco profundas, a no más de unos pocos metros de profundidad. Son estructuras complejas y diversas que se encuentran en todo el registro fósil. Los organismos constructores de marcos responsables de la formación de arrecifes orgánicos son característicos de diferentes períodos de tiempo geológicos: los arqueociatidos aparecieron en el Cámbrico temprano ; estos dieron paso a esponjas por el Cámbrico tardío ; sucesiones posteriores incluyeron estromatoporoides, corales, algas, briozoos y rudistas (una forma de molusco bivalvo). [79] [80] [81]

Los arrecifes orgánicos suelen tener una estructura interna compleja. Los fósiles de cuerpo entero suelen ser abundantes, pero los ooides y los interclastos son raros dentro del arrecife. El núcleo de un arrecife es típicamente masivo y sin estratos, y está rodeado por un talud que es mayor en volumen que el núcleo. El astrágalo contiene abundantes intraclastos y generalmente es piedra flotante , con un 10% o más de granos de más de 2 mm de tamaño incrustados en una matriz abundante, o piedra de rud , que en su mayoría son granos grandes con matriz escasa. El astrágalo se convierte en lodo carbonato de grano fino planctónico, luego lodo sin carbonato lejos del arrecife. [79]

Paisaje de piedra caliza [ editar ]

El garrote de Hércules , una alta roca caliza en Polonia (el castillo de Pieskowa Skała al fondo)
El cenote Samulá en Valladolid , Yucatán , México

La piedra caliza es parcialmente soluble, especialmente en ácido, y por lo tanto forma muchos accidentes geográficos erosivos. Estos incluyen pavimentos de piedra caliza , baches , cenotes , cuevas y desfiladeros. Estos paisajes de erosión se conocen como karsts . La piedra caliza es menos resistente a la erosión que la mayoría de las rocas ígneas , pero más resistente que la mayoría de las otras rocas sedimentarias . Por lo tanto, generalmente se asocia con colinas y tierras bajas , y ocurre en regiones con otras rocas sedimentarias, típicamente arcillas. [82] [83]

Las regiones kársticas que recubren el lecho de roca caliza tienden a tener menos fuentes visibles sobre el suelo (estanques y arroyos), ya que el agua superficial se escurre fácilmente hacia abajo a través de juntas en la piedra caliza. Mientras drenan, el agua y el ácido orgánico del suelo lentamente (durante miles o millones de años) agrandan estas grietas, disolviendo el carbonato de calcio y llevándolo en solución . La mayoría de los sistemas de cuevas son a través de lecho de roca caliza. El enfriamiento del agua subterránea o la mezcla de diferentes aguas subterráneas también creará condiciones adecuadas para la formación de cuevas. [82]

Las calizas costeras a menudo son erosionadas por organismos que perforan la roca por diversos medios. Este proceso se conoce como bioerosión . Es más común en los trópicos y se conoce en todo el registro fósil . [84]

Bandas de piedra caliza emergen de la superficie de la Tierra en afloramientos rocosos e islas a menudo espectaculares. Los ejemplos incluyen el Peñón de Gibraltar , [85] el Burren en el condado de Clare, Irlanda; [86] Malham Cove en North Yorkshire y la Isla de Wight , [87] Inglaterra; el Gran Orme de Gales; [88] en Fårö cerca de la isla sueca de Gotland , [89] la escarpa del Niágara en Canadá / Estados Unidos; [90] Notch Peak en Utah; [91] la bahía de Ha LongParque Nacional de Vietnam; [92] y las colinas alrededor del río Lijiang y la ciudad de Guilin en China. [93]

Los Cayos de Florida , islas frente a la costa sur de Florida , se componen principalmente de piedra caliza oolítica (los Cayos Inferiores) y los esqueletos de carbonato de los arrecifes de coral (los Cayos superiores), que prosperaron en el área durante los períodos interglaciares cuando el nivel del mar era más alto que en el presente. [94]

Los hábitats únicos se encuentran en los alvars , extensiones de piedra caliza extremadamente niveladas con mantos de suelo delgados. La mayor extensión de este tipo en Europa es Stora Alvaret en la isla de Öland , Suecia. [95] Otra zona con grandes cantidades de piedra caliza es la isla de Gotland, Suecia. [96] Las enormes canteras del noroeste de Europa, como las del monte San Pedro (Bélgica / Países Bajos), se extienden por más de cien kilómetros. [97]

Usos [ editar ]

Los templos megalíticos de Malta , como Ħaġar Qim, están construidos íntegramente con piedra caliza. Se encuentran entre las estructuras independientes más antiguas que existen. [98]

La piedra caliza es muy común en la arquitectura, especialmente en Europa y América del Norte. Muchos puntos de referencia en todo el mundo, incluida la Gran Pirámide y su complejo asociado en Giza, Egipto , estaban hechos de piedra caliza. Tantos edificios en Kingston , Ontario , Canadá fueron, y continúan siendo, construidos a partir de él que se la apoda la 'Ciudad de piedra caliza'. [99] En la isla de Malta , una variedad de piedra caliza llamada caliza Globigerina fue, durante mucho tiempo, el único material de construcción disponible, y todavía se usa con mucha frecuencia en todo tipo de edificios y esculturas. [100]

La piedra caliza está disponible y es relativamente fácil de cortar en bloques o tallar más elaborado. [98] Los antiguos escultores estadounidenses valoraban la piedra caliza porque era fácil de trabajar y buena para los detalles finos. Remontándose al período Preclásico Tardío (200-100 a. C.), la civilización maya (México Antiguo) creó esculturas refinadas utilizando piedra caliza debido a estas excelentes propiedades de tallado. Los mayas decoraban los techos de sus edificios sagrados (conocidos como dinteles ) y cubrían las paredes con paneles de piedra caliza tallada. En estas esculturas había talladas historias políticas y sociales, y esto ayudó a comunicar los mensajes del rey a su pueblo. [101]La piedra caliza es duradera y resiste bien la exposición, lo que explica por qué sobreviven muchas ruinas de piedra caliza. Sin embargo, es muy pesado ( densidad 2,6 [102] ), lo que lo hace poco práctico para edificios altos y relativamente caro como material de construcción.

La Gran Pirámide de Giza , una de las Siete Maravillas del Mundo Antiguo, tenía una cubierta exterior hecha completamente de piedra caliza.
Palacio de justicia del condado de Riley construido de piedra caliza en Manhattan, Kansas , EE.
Se prepara una placa de piedra caliza con un mapa en negativo de Moosburg en Baviera para una impresión litográfica .

La piedra caliza fue más popular a finales del siglo XIX y principios del XX. Las estaciones de tren, los bancos y otras estructuras de esa época eran normalmente de piedra caliza. Se usa como fachada en algunos rascacielos, pero solo en placas delgadas para cubrir, en lugar de bloques sólidos. En los Estados Unidos, Indiana, sobre todo el área de Bloomington, ha sido durante mucho tiempo una fuente de piedra caliza de cantera de alta calidad, llamada piedra caliza de Indiana . Muchos edificios famosos de Londres están construidos con piedra caliza de Portland . Las casas construidas en Odessa en Ucrania en el siglo XIX se construyeron principalmente con piedra caliza y los extensos restos de las minas ahora forman las Catacumbas de Odessa . [103]

La piedra caliza también fue un bloque de construcción muy popular en la Edad Media en las áreas donde ocurrió, ya que es dura, duradera y comúnmente se encuentra en exposiciones superficiales de fácil acceso. Muchas iglesias y castillos medievales de Europa están hechos de piedra caliza. La piedra de cerveza era un tipo de piedra caliza popular para los edificios medievales en el sur de Inglaterra. [104]

  • Cantera de piedra caliza en Cedar Creek, Virginia , EE.

  • Cortar bloques de piedra caliza en una cantera en Gozo , Malta

  • Piedra caliza como material de construcción

La piedra caliza y (en menor medida) el mármol son reactivos a las soluciones ácidas, lo que hace que la lluvia ácida sea un problema importante para la preservación de los artefactos hechos con esta piedra. Muchas estatuas de piedra caliza y superficies de edificios han sufrido graves daños debido a la lluvia ácida. [105] [106] Asimismo, se ha utilizado grava de piedra caliza para proteger los lagos vulnerables a la lluvia ácida, actuando como un agente amortiguador del pH . [107] Los productos químicos de limpieza a base de ácido también pueden grabar la piedra caliza, que solo debe limpiarse con un limpiador neutro o alcalino suave . [108]

Otros usos incluyen:

  • Es la materia prima para la fabricación de cal viva (óxido de calcio), cal apagada (hidróxido de calcio), cemento y mortero . [57]
  • La piedra caliza pulverizada se utiliza como acondicionador de suelos para neutralizar suelos ácidos ( cal agrícola ). [109]
  • Se tritura para su uso como agregado , la base sólida para muchas carreteras y también en concreto asfáltico . [57]
  • Como reactivo en la desulfuración de gases de combustión , donde reacciona con dióxido de azufre para el control de la contaminación del aire. [110]
  • En la fabricación de vidrio , particularmente en la fabricación de vidrio sodocálcico . [111]
  • Como aditivo pasta de dientes, papel, plásticos, pintura, azulejos y otros materiales como pigmento blanco y relleno barato. [112]
  • Suprimir explosiones de metano en minas de carbón subterráneas. [113]
  • Purificado, se añade al pan y cereales como fuente de calcio. [114]
  • Como suplemento de calcio en la alimentación del ganado, como para las aves de corral (molidas). [115]
  • Para remineralizar y aumentar la alcalinidad del agua purificada para prevenir la corrosión de las tuberías y restaurar los niveles de nutrientes esenciales. [116]
  • En los altos hornos , la piedra caliza se une a la sílice y otras impurezas para eliminarlas del hierro. [117]

Muchas formaciones de piedra caliza son porosas y permeables, lo que las convierte en importantes depósitos de petróleo . [118] Aproximadamente el 20% de las reservas de hidrocarburos de América del Norte se encuentran en rocas carbonatadas. Los reservorios de carbonato son muy comunes en el Medio Oriente rico en petróleo, [57] y los reservorios de carbonato contienen alrededor de un tercio de todas las reservas de petróleo en todo el mundo. [119] Las formaciones de piedra caliza también son fuentes comunes de minerales metálicos, porque su porosidad y permeabilidad, junto con su actividad química, promueve la deposición del mineral en la piedra caliza. Los depósitos de plomo y zinc de Missouri y los Territorios del Noroesteson ejemplos de depósitos de mineral alojados en piedra caliza. [57]

Seguridad y salud ocupacional [ editar ]

La piedra caliza en polvo como aditivo alimentario se reconoce generalmente como segura [121] y la piedra caliza no se considera un material peligroso. Sin embargo, el polvo de piedra caliza puede irritar levemente las vías respiratorias y la piel, y el polvo que entra en los ojos puede causar abrasiones en la córnea . Debido a que la piedra caliza contiene pequeñas cantidades de sílice, la inhalación de polvo de piedra caliza podría potencialmente provocar silicosis o cáncer . [120]

Estados Unidos [ editar ]

La Administración de Salud y Seguridad Ocupacional (OSHA) ha establecido el límite legal (límite de exposición permisible ) para la exposición a la piedra caliza en el lugar de trabajo como 15 mg / m 3 de exposición total y 5 mg / m 3 de exposición respiratoria durante una jornada laboral de 8 horas. El Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) ha establecido un límite de exposición recomendado (REL) de 10 mg / m 3 de exposición total y 5 mg / m 3 de exposición respiratoria durante una jornada laboral de 8 horas. [122]

Graffiti [ editar ]

Eliminar el graffiti de la piedra caliza erosionada es difícil porque es un material poroso y permeable. La superficie es frágil, por lo que los métodos de abrasión habituales corren el riesgo de una pérdida de superficie grave. Debido a que es una piedra sensible a los ácidos, algunos agentes de limpieza no pueden usarse debido a sus efectos adversos. [123]

Galería [ editar ]

  • Una sección estratigráfica de piedra caliza del Ordovícico expuesta en el centro de Tennessee , EE. UU. Los lechos menos resistentes y más delgados están compuestos de lutitas . Las líneas verticales son perforaciones para explosivos utilizados durante la construcción de carreteras.

  • Fotografía y sección grabada de una muestra de piedra caliza fosilífera de la Formación Kope (Ordovícico superior) cerca de Cincinnati , Ohio , EE. UU.

  • Caliza biosparita de la Formación Brassfield ( Silúrico Inferior ) cerca de Fairborn , Ohio, EE. UU., Que muestra granos compuestos principalmente de fragmentos crinoideos

  • Una piedra caliza nodular concrecional (septariana) en el Geoparque Nacional Costero de Jinshitan , Dalian , China

  • Piedra caliza del lago Tai , utilizada en gongshi , un arte de piedra chino

  • Capas de piedra caliza dobladas en Cascade Mountain en Provo Canyon , Utah

  • Fósiles en piedra caliza de la región norte del Mar Negro

Ver también [ editar ]

  • Arena de coral
  • Elogio de la piedra caliza  - poema de WH Auden
  • Kurkar  : nombre regional de una calcreta de cuarzo eólico en la costa levantina
  • Limepit  - Antiguo método de calcinación de piedra caliza
  • Arenisca  - Tipo de roca sedimentaria

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Lectura adicional [ editar ]

  • Boynton, Robert S. (1980). Química y Tecnología de la Cal y la Caliza . Wiley. ISBN 0471027715.