Las rocas carbonatadas son una clase de rocas sedimentarias compuestas principalmente de minerales carbonatados . Los dos tipos principales son la piedra caliza , que está compuesta de calcita o aragonita (diferentes formas cristalinas de CaCO 3 ), y la roca dolomita (también conocida como dolomía), que está compuesta de dolomita mineral (CaMg(CO 3 ) 2 ). Suelen clasificarse en función de la textura y el tamaño de grano . [1] Es importante destacar que las rocas carbonatadas también pueden existir como rocas metamórficas e ígneas. Cuando las rocas carbonatadas recristalizadas se metamorfosean , se crea el mármol . Incluso existen rocas carbonatadas ígneas raras como carbonatitas intrusivas y, aún más raro, 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 sufren cambios de composición basados en efectos cinéticos. [2] La correlación entre este cambio de composición y la temperatura se puede explotar para reconstruir el clima pasado como se hace en paleoclimatología . Las rocas carbonatadas también se pueden utilizar para comprender otros sistemas como se describe a continuación.
La piedra caliza es la roca carbonatada más común [3] y es una roca sedimentaria compuesta de carbonato cálcico con dos polimorfos principales : calcita y aragonita. Si bien la composición química de estos dos minerales es la misma, sus propiedades físicas difieren significativamente debido a su diferente forma cristalina . La forma más común que se encuentra en el fondo marino es la calcita, mientras que la aragonita se encuentra más en organismos biológicos. [4]
La calcita puede disolverse en aguas subterráneas o precipitarse en aguas subterráneas, [5] dependiendo de varios factores, incluida 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 tanto, puede convertirse en calcita bajo determinadas condiciones. En solución, los iones de magnesio pueden actuar como promotores del crecimiento de aragonito ya que inhiben la precipitación de calcita . [7] A menudo, esta precipitación inhibida ocurre en biología, donde los organismos tienen como objetivo precipitar carbonato de calcio para sus características estructurales, como el esqueleto y las conchas .
El descubrimiento de la roca dolomita, o dolomía , se publicó por primera vez en 1791 [8] y se ha encontrado en la corteza terrestre en varios períodos de tiempo diferentes . [9] Debido a que la roca está hecha de iones de calcio , magnesio y carbonato , la estructura cristalina del mineral se puede visualizar de manera similar a la calcita y magnesita . [10] Debido a esta composición, el mineral dolomita presente en la dolomía se puede clasificar según el grado variable de inclusión de calcio y, ocasionalmente, también de hierro. [9]
La dolomita rica en calcio, o dolomita cálcica, 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 normal, probablemente como resultado de la formación después del crecimiento inicial de los cristales. [9]
La dolomita rica en hierro, o dolomita ferroana, es una doloimita que contiene trazas significativas 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 ferroana; el manganeso también puede sustituir este átomo. El resultado se puede definir como ankerita . La delimitación exacta entre qué minerales se consideran dolomita ferroana 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 importantes recursos para los esfuerzos civilizacionales 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] Existe una cantidad significativa de investigaciones que estudian la cantidad ideal de carbonato de calcio (derivado de la piedra caliza) en el concreto y si se pueden usar 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 sustitutos bien conocidos de estas reconstrucciones. Los corales son organismos marinos con esqueletos de carbonato de calcio (rocas) que crecen de manera específica a las condiciones oceánicas en el momento de su crecimiento. La diagénesis se refiere al proceso mediante 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 pueden usarse como sustitutos para comprender los efectos climáticos pasados. [13] Específicamente, la proporción de estroncio a calcio en la aragonita 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 de composición en los esqueletos de coral como sustitutos de las condiciones climáticas, los cambios de composición en los sedimentos marinos se pueden utilizar para 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 de las rocas madre [carbonatadas]. [14]
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