Las rocas carbonatadas son una clase de rocas sedimentarias compuestas principalmente de minerales carbonatados . Los dos tipos principales son la piedra caliza , que se compone de calcita o aragonito (diferentes formas cristalinas de CaCO3 ) , y la roca dolomítica (también conocida como dolomía), que se compone del mineral dolomita (CaMg(CO3 ) 2 ) . Por lo general, se clasifican en función de la textura y el tamaño del grano . [1] Es importante destacar que las rocas carbonatadas también pueden existir como rocas ígneas y metamórficas. Cuando las rocas carbonatadas recristalizadas se metamorfosean , se crea mármol . Las raras rocas carbonatadas ígneas incluso existen como carbonatitas intrusivas y, aún más raras, existe lava carbonatada volcánica .
Las rocas carbonatadas también son componentes cruciales para comprender la historia geológica debido a procesos como la diagénesis en la que los carbonatos experimentan cambios de composición basados en efectos cinéticos. [2] La correlación entre este cambio de composición y la temperatura se puede aprovechar para reconstruir el clima pasado como se hace en paleoclimatología . Las rocas carbonatadas también se pueden utilizar para comprender varios otros sistemas como se describe a continuación.
La caliza es la roca carbonatada más común [3] y es una roca sedimentaria formada por carbonato de calcio con dos polimorfos principales : calcita y aragonito. Si bien la composición química de estos dos minerales es la misma, sus propiedades físicas difieren significativamente debido a su forma cristalina diferente . La forma más común que se encuentra en el fondo marino es la calcita, mientras que el aragonito se encuentra más en los organismos biológicos. [4]
La calcita puede disolverse en el agua subterránea o precipitarse en el agua subterránea, [5] dependiendo de varios factores, entre ellos la temperatura del agua , el pH y las concentraciones de iones disueltos . La calcita exhibe una característica inusual llamada solubilidad retrógrada, en la que se vuelve menos soluble en agua a medida que aumenta la temperatura. Cuando las condiciones son adecuadas para la precipitación, la calcita forma recubrimientos minerales que cementan los granos de roca existentes o pueden rellenar fracturas.
En comparación con la calcita, la aragonita es menos estable y más soluble [6] y, por lo tanto, se puede convertir en calcita en determinadas condiciones. En solución, los iones de magnesio pueden actuar como promotores del crecimiento de la aragonita, ya que inhiben la precipitación de calcita [7] . A menudo, esta precipitación inhibida ocurre en biología, donde los organismos intentan precipitar carbonato de calcio para sus características estructurales, como el esqueleto y las conchas .
El descubrimiento de la roca dolomita, o dolostone , se publicó por primera vez en 1791 [8] y se ha encontrado en la corteza terrestre durante varios períodos de tiempo diferentes . [9] Debido a que la roca está hecha de iones de calcio , magnesio y carbonato , la estructura cristalina mineral se puede visualizar de manera similar a la calcita y la magnesita . [10] Debido a esta composición, el mineral de dolomita presente en la dolostone se puede clasificar por el grado variable de inclusión de calcio y, ocasionalmente, también de hierro. [9]
La dolomita rica en calcio, o dolomita calciana, es una dolomita que tiene más calcio que magnesio en su forma mineral. Esta es la forma más común de dolomita que se encuentra de forma natural y artificial a partir de síntesis . [9] Esta dolomita, cuando se forma en los océanos, puede resultar metaestable . [9] La estructura resultante de este mineral presenta diferencias mínimas con respecto a la dolomita regular, probablemente como resultado de la formación después del crecimiento inicial del cristal. [9]
La dolomita rica en hierro, o dolomita ferrosa, es dolomita que contiene niveles significativos de trazas de hierro. Debido a los radios iónicos similares del hierro (II) y el magnesio , el hierro (II) puede sustituir fácilmente al magnesio para formar dolomita ferrosa; el manganeso también puede sustituir a este átomo. El resultado puede definirse como ankerita . La delimitación exacta entre qué minerales se consideran dolomita ferrosa y cuáles son ankerita no está clara. La ankerita con la fórmula química CaFe(CO 3 ) 2 "pura" aún no se ha encontrado en la naturaleza . [9]
Las rocas carbonatadas son importantes para la comprensión humana de la historia atmosférica y geológica de la Tierra, además de proporcionar a los humanos recursos significativos para los esfuerzos de civilización actuales, como el hormigón .
La piedra caliza se utiliza a menudo en el hormigón en forma de polvo debido a su bajo coste. Sin embargo, durante la formación del hormigón, la descomposición de la piedra caliza libera dióxido de carbono y contribuye significativamente al efecto invernadero . [11] Hay una gran cantidad de investigaciones que estudian la cantidad ideal de carbonato de calcio (derivado de la piedra caliza) en el hormigón y si se pueden utilizar otros compuestos para proporcionar los mismos beneficios económicos y de integridad estructural. [11]
Existen muchas formas de paleoclimatología mediante las cuales las rocas carbonatadas se pueden utilizar para determinar el clima pasado. Los corales y los sedimentos son indicadores bien conocidos para estas reconstrucciones. Los corales son organismos marinos con esqueletos de carbonato de calcio (rocas) que crecen de forma específica a las condiciones oceánicas en el momento del crecimiento. La diagénesis se refiere al proceso por el cual los sedimentos se convierten en roca sedimentaria. [12] Esto incluye la actividad biológica, la erosión y otras reacciones químicas. Debido a la fuerte correlación entre la diagénesis y la temperatura del agua de mar , los esqueletos de coral se pueden utilizar como indicadores para comprender los efectos climáticos pasados. [13] Específicamente, la proporción de estroncio a calcio en el aragonito del esqueleto de coral se puede utilizar, junto con otros indicadores como las proporciones isotópicas de oxígeno , para reconstruir la variabilidad climática cuando el coral estaba creciendo. Esto se debe a que el estroncio a veces sustituye al calcio en la molécula de carbonato de calcio dependiendo de los efectos de la temperatura.
De manera similar al concepto de utilizar cambios en la composición de los esqueletos de coral como indicadores de las condiciones climáticas, los cambios en la composición de los sedimentos marinos se pueden utilizar con el mismo propósito (y más). Los cambios en las proporciones de metales traza de los minerales carbonatados que se encuentran aquí también se pueden utilizar para determinar patrones a partir de rocas [carbonatadas] originales . [14]
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