Caliza

Piedra caliza (carbonato de calcio CaCO₃) es un tipo de roca sedimentaria carbonatada que es la fuente principal del material cal. Se compone principalmente de los minerales calcita y aragonito, que son diferentes formas cristalinas de CaCO₃. La piedra caliza se forma cuando estos minerales se precipitan del agua que contiene calcio disuelto. Esto puede ocurrir a través de procesos biológicos y no biológicos, aunque los procesos biológicos, como la acumulación de corales y conchas en el mar, probablemente hayan sido más importantes durante los últimos 540 millones de años. La piedra caliza a menudo contiene fósiles que brindan a los científicos información sobre ambientes antiguos y sobre la evolución de la vida.

Alrededor del 20 % al 25 % de la roca sedimentaria es roca carbonatada, y la mayor parte es piedra caliza. La roca de carbonato restante es principalmente dolomita, una roca estrechamente relacionada, que contiene un alto porcentaje del mineral dolomita, CaMg(CO₃)₂. Piedra caliza magnésica es un término obsoleto y mal definido que se usa 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 contiene un porcentaje significativo de magnesio.. La mayor parte de la piedra caliza se formó en ambientes marinos poco profundos, como plataformas o plataformas continentales, aunque se formaron cantidades más pequeñas en muchos otros ambientes. Gran parte de la dolomita es dolomita secundaria, formada por alteración química de la piedra caliza. La piedra caliza está expuesta en grandes regiones de la superficie de la Tierra, y debido a que la piedra caliza es ligeramente soluble en agua de lluvia, estas exposiciones a menudo se erosionan para convertirse en paisajes kársticos. La mayoría de los sistemas de cuevas se encuentran en un lecho rocoso de piedra caliza.

La piedra caliza tiene numerosos usos: como materia prima química para la producción de cal utilizada para el cemento (un componente esencial del hormigón), como árido para la base de carreteras, como pigmento blanco o relleno en productos como pasta de dientes o pinturas, como un acondicionador del suelo y como una adición decorativa popular a los jardines de rocas. Las formaciones de piedra caliza contienen alrededor del 30% de los yacimientos de petróleo del mundo.

Descripción

Este depósito de piedra caliza en el karst de Alpes Dináricos cerca de Sinj, Croacia, se formó en el Eoceno.

La piedra caliza se compone principalmente de los minerales calcita y aragonito, que son diferentes formas cristalinas de carbonato de calcio (CaCO₃ ). Dolomita, CaMg(CO₃)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 caliza suele contener un pequeño porcentaje de magnesio. La calcita en piedra caliza se divide en calcita baja en magnesio y calcita 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 calcita, que es distinta de la dolomita. El aragonito no suele contener una cantidad significativa de magnesio. Por lo demás, la mayor parte de la piedra caliza es químicamente bastante pura, con sedimentos clásticos (principalmente cuarzo de grano fino y minerales arcillosos) que constituyen menos del 5% al 10% de la composición. La materia orgánica normalmente constituye alrededor del 0,2% de una piedra caliza y rara vez supera el 1%.

La piedra caliza a menudo contiene cantidades variables de sílice en forma de pedernal o fragmentos esqueléticos silíceos (como espículas de esponja, diatomeas o radiolarios). Los fósiles también son comunes en la piedra caliza.

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 los rastros de hierro o manganeso pueden dar a la piedra caliza un color blanquecino, amarillo o rojo. La densidad de las calizas depende de su porosidad, que varía desde el 0,1% de las calizas más densas hasta el 40% de las calizas. La densidad varía correspondientemente de 1,5 a 2,7 g/cm³. Aunque relativamente suave, con una dureza Mohs de 2 a 4, la piedra caliza densa puede tener una resistencia al aplastamiento de hasta 180 MPa. A modo de comparación, el hormigón suele tener una resistencia al aplastamiento de unos 40 MPa.

Aunque las calizas muestran poca variabilidad en la composición mineral, muestran una gran diversidad en textura. 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 suelen ser de origen biológico y suelen estar compuestas de sedimentos que se depositan cerca de donde se formaron, la clasificación de las calizas suele basarse en su tipo de grano y contenido de lodo.

Granos

Ooids de una playa en el Cay de Joulter, Bahamas

Ooids en piedra caliza de la formación del Carmelo (Middle Jurassic) del suroeste de Utah.

Vista de la sección de una piedra caliza jurásica media en el sur de Utah, EE.UU. Los granos redondos son ooides; el mayor es de 1,2 mm (0.05 pulg) de diámetro. Esta piedra caliza es una oosparita.

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

Los granos esqueléticos tienen una composición que refleja los organismos que los produjeron y el entorno en el que se produjeron. Los granos esqueléticos de calcita bajos en magnesio son típicos de los braquiópodos articulados, los foraminíferos planctónicos (flotantes libres) y los cocolitos. Los granos esqueléticos de calcita con alto contenido de magnesio son típicos de los foraminíferos bénticos (que habitan en el fondo), los equinodermos y las algas coralinas. Los granos esqueléticos de aragonito son típicos de moluscos, algas verdes calcáreas, estromatoporoides, corales y gusanos tubulares. 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).

Los ooides (a veces llamados oolitos) son granos del tamaño de la arena (menos de 2 mm de diámetro) que consisten en una o más capas de calcita o aragonito alrededor de un grano de cuarzo central o un fragmento de mineral de carbonato. Estos probablemente se forman por precipitación directa de carbonato de calcio sobre el ooide. Los pisolitos son similares a los ooides, pero miden 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 ambientes de alta energía, como la plataforma de Bahama, y los oolitos suelen mostrar entrecruzamiento y otras características asociadas con la deposición en corrientes fuertes.

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.

Los peloides son granos sin estructura de carbonato microcristalino probablemente producidos por una variedad de procesos. Se cree que muchos son gránulos fecales producidos por organismos marinos. Otros pueden ser producidos por algas endolíticas (perforadoras) u otros microorganismos o por la descomposición de las conchas de los moluscos. 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 las altera.

Los clastos calcáreos son fragmentos de caliza existente o de sedimentos carbonatados parcialmente litificados. Los intraclastos son calizoclastos que se originan cerca de donde se depositan en la piedra caliza, mientras que los extraclastos provienen de fuera del área de depósito. Los intraclastos incluyen grapestone, que son grupos de peloides cementados entre sí por material orgánico o cemento mineral. Los extraclastos son poco comunes, generalmente están acompañados por otros sedimentos clásticos e indican la deposición en un área tectónicamente activa o como parte de una corriente de turbidez.

Barro

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. El lodo que consiste en cristales individuales de menos de 5 micrones de longitud se describe como micrita. En el lodo de carbonato fresco, la micrita es principalmente pequeñas agujas de aragonito, que pueden precipitar directamente del agua de mar, ser secretadas por algas o ser producidas por abrasión de granos de carbonato en un ambiente de alta energía. Esto se convierte en calcita dentro de unos pocos millones de años de la deposición. La recristalización adicional de la micrita produce microspar, con granos de 5 a 15 micrones de diámetro.

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 esparda o esparita. La esparita se distingue de la micrita por un tamaño de grano de más de 20 micras y porque la esparta 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 formas cristalinas características.

Los geólogos tienen cuidado de distinguir entre la esparita depositada como cemento y la esparta formada por recristalización de granos de micrita o carbonato. Es probable que el cemento de espartita se depositara 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.

Otras características

Los acantilados blancos de Dover están compuestos de tiza.

Los afloramientos de piedra caliza se reconocen en el campo por su suavidad (la calcita y el aragonito 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 echa una gota de ácido clorhídrico diluido. La dolomita también es blanda, pero reacciona débilmente con 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. Las impurezas (como arcilla, arena, restos orgánicos, óxido de hierro y otros materiales) harán que las calizas muestren 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 el aragonito, dejando atrás cualquier grano de sílice o dolomita. Estos últimos se pueden identificar por su forma romboédrica.

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

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

Clasificación

Terrazas de piedra caliza tradicional de Pamukkale, Turquía.

Cave calmestone formations in the Luray Caverns of the northern Shenandoah Valley

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

Clasificación folclórica

Robert L. Folk desarrolló un sistema de clasificación que enfatiza principalmente la composición detallada de los granos y el material intersticial en las rocas carbonatadas. Según la composición, hay tres componentes principales: aloquimia (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 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.

Clasificación de Dunham

Robert J. Dunham publicó su sistema para piedra caliza en 1962. Se centra en la estructura depositacional de las rocas carbonatadas. Dunham divide las rocas en cuatro grupos principales en función de las proporciones relativas de partículas clásticas más gruesas, en función de criterios tales como si los granos estaban originalmente en contacto mutuo y, por lo tanto, autosuficientes, o si la roca se caracteriza por la presencia de constructores de estructuras y estructuras. 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.

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

Otros términos descriptivos

Travertino es un término que se aplica a los depósitos de carbonato de calcio formados en ambientes de agua dulce, particularmente en aguas termales. Dichos depósitos suelen ser masivos, densos y en bandas. Cuando los depósitos son muy porosos, de modo que tienen una textura esponjosa, se los suele describir como toba. La calcita secundaria depositada por aguas meteóricas supersaturadas (aguas subterráneas) en cuevas también se describe a veces como travertino. Esto produce espeleotemas, como estalagmitas y estalactitas.

La coquina es una piedra caliza mal consolidada compuesta por fragmentos de coral, conchas u otros restos fósiles desgastados. Cuando está mejor consolidada, se describe como coquinita.

La tiza es una caliza blanda, 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 silicatos.

Formación

La piedra caliza se forma cuando la calcita o el aragonito precipitan del agua que contiene calcio disuelto, lo que puede ocurrir a través de procesos biológicos y no biológicos. La solubilidad del carbonato de calcio (CaCO₃) está controlada en gran medida por la cantidad de dióxido de carbono disuelto (CO₂) en el agua. Esto se resume en la reacción:

CaCO₃ + H₂O + CO₂ → Ca²⁺ + 2HCO−3

Los aumentos de temperatura o las disminuciones de presión tienden a reducir la cantidad de CO₂ disueltos y precipitan CaCO₃. La reducción de la salinidad también reduce la solubilidad de CaCO₃, en varios órdenes de magnitud para agua dulce en comparación con agua de mar.

El agua cercana a la superficie de los océanos de la Tierra está sobresaturada con CaCO₃ por un factor de más de seis. La falla de CaCO₃ para precipitar rápidamente fuera de estas aguas probablemente se deba a la interferencia de iones de magnesio disueltos con nucleación de 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 es probable que los ooides se formen a través de procesos puramente inorgánicos, la mayor parte de la precipitación de CaCO₃ en los océanos es el resultado de la actividad biológica. Gran parte de esto tiene lugar en plataformas carbonatadas.

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

El origen del lodo carbonatado y los procesos mediante los cuales se convierte en micrita siguen siendo objeto de investigación. El lodo carbonatado moderno se compone principalmente de agujas de aragonito de unas 5 micras de longitud. Agujas de esta forma y composición son producidas por algas calcáreas como Penicillus, lo que las convierte en una posible fuente de lodo. Otra posibilidad es la precipitación directa del agua. En aguas poco profundas se produce un fenómeno conocido como whitings, en el que aparecen en la superficie del agua vetas blancas que contienen micrita dispersa. No está claro si se trata de aragonito recién precipitado o simplemente material removido del fondo, pero hay alguna evidencia de que las pescadillas son causadas por la precipitación biológica de aragonito como parte de una proliferación de cianobacterias o microalgas. Sin embargo, las proporciones de isótopos estables en el lodo carbonatado moderno parecen ser inconsistentes con cualquiera de estos mecanismos, y la abrasión de los granos de carbonato en ambientes de alta energía se ha presentado como una tercera posibilidad.

Es probable que la formación de piedra caliza haya 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 probablemente fueron más importantes y probablemente tuvieron lugar en un océano más sobresaturado en carbonato de calcio que el océano moderno.

Diagénesis

La diagénesis es el proceso en el que los sedimentos se compactan y se convierten en roca sólida. Durante la diagénesis de los sedimentos carbonatados, tienen lugar importantes cambios químicos y de textura. Por ejemplo, el aragonito 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 asemejan superficialmente a los ooides, pero no tienen un núcleo de materia extraña, se ajustan estrechamente y muestran otros signos de que se formaron después de la deposición original de los sedimentos.

Nódulos de farmacia Akcakoca dentro de piedra caliza suave

Macrostylolites en piedra caliza.

La silicificación ocurre temprano en la diagénesis, a pH y temperatura bajos, y contribuye a la preservación de los fósiles. La silicificación tiene lugar a través de la reacción:

CaCO₃ + H₂O + CO₂ + H₄SiO₄ → SiO₂ + Ca²⁺ + 2HCO−3 + 2 H₂O

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

La cementación tiene lugar rápidamente en los sedimentos carbonatados, por lo general en menos de un millón de años desde la deposición. Se produce algo de cementación mientras los sedimentos aún están bajo el agua, formando suelos duros. La cementación se acelera después de la retirada del mar del entorno de depósito, 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, el aragonito y la calcita con alto contenido de magnesio se convierten en calcita con bajo contenido de calcio. La cementación de depósitos de carbonato grueso por el agua de lluvia puede comenzar incluso antes de que el mar se retire, ya que el agua de lluvia puede infiltrarse más de 100 kilómetros (60 millas) en los sedimentos debajo de la plataforma continental.

A medida que los sedimentos de carbonato se entierran cada vez más profundamente bajo los sedimentos más jóvenes, aumenta la compactación química y mecánica de los sedimentos. La compactación química tiene lugar por 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 poroso, lo que reduce la porosidad de la piedra caliza de un alto valor inicial de 40 % a 80 % a menos del 10 %. La solución a presión produce estilolitas distintivas, 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 mi), la cementación del entierro completa el proceso de litificación. La cementación del entierro no produce estilolitas.

Cuando se erosionan los lechos suprayacentes, acercando la piedra caliza a la superficie, tiene lugar la etapa final de la diagénesis. Esto produce 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 revestidas de cristales dentro de la piedra caliza.

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 afilados que atraviesan la ropa de cama. El proceso de dolomitización sigue siendo un área de investigación activa, pero los posibles mecanismos incluyen la exposición a salmueras concentradas en ambientes cálidos (reflujo evaporativo) o la exposición a agua de mar diluida en deltas o estuarios (dolomitización de Dorag). Sin embargo, la dolomitización de Dorag ha caído en desgracia como mecanismo de dolomitización, y un artículo de revisión de 2004 la describió sin rodeos como "un mito". El agua de mar ordinaria es capaz de convertir la calcita en dolomita, si el agua de mar se enjuaga regularmente a través de la roca, como por el flujo y reflujo de las mareas (bombeo de marea). Una vez que comienza la dolomitización, avanza rápidamente, de modo 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.

Ocurrencia

Alrededor del 20 % al 25 % de la roca sedimentaria es roca carbonatada, y la mayor parte es piedra caliza. La piedra caliza se encuentra en secuencias sedimentarias con una antigüedad de 2.700 millones de años. Sin embargo, las composiciones de las rocas carbonatadas muestran una distribución desigual en el tiempo en el registro geológico. Alrededor del 95% de los carbonatos modernos están compuestos de calcita y aragonito con alto contenido de magnesio. Las agujas de aragonito en el lodo de carbonato se convierten en calcita con bajo contenido de magnesio en unos pocos millones de años, ya que esta es la forma más estable de carbonato de calcio. Las antiguas formaciones carbonatadas del Precámbrico y Paleozoico contienen abundante dolomita, pero la caliza domina los lechos carbonatados 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 esos tiempos. Este agotamiento de magnesio puede ser 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".

La mayor parte de la piedra caliza se formó en ambientes marinos poco profundos, como plataformas o plataformas continentales. Dichos ambientes forman solo alrededor del 5% de las cuencas oceánicas, pero la piedra caliza rara vez se conserva en los ambientes de taludes continentales y 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 las concentraciones más bajas de dióxido de carbono disuelto. Los depósitos modernos de piedra caliza casi siempre se encuentran en áreas con muy poca sedimentación rica en sílice, lo que se refleja en la relativa pureza de la mayoría de las calizas. Los organismos del arrecife son destruidos por el agua fangosa y salobre del río, y los granos de carbonato son triturados por granos de silicato mucho más duros. A diferencia de la roca sedimentaria clástica, la piedra caliza se produce casi en su totalidad a partir de sedimentos que se originan en el lugar de deposición o cerca de él.

El Capitan, un antiguo arrecife de piedra caliza

Las formaciones de piedra caliza tienden a mostrar cambios bruscos de espesor. Las grandes características en forma de 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 barro. Gran parte de la sedimentación muestra indicios de ocurrir en las zonas intermareales o supramareales, lo que sugiere que los sedimentos llenan rápidamente el espacio de alojamiento disponible en la plataforma o plataforma. La deposición también se ve favorecida en el margen hacia el mar de plataformas y plataformas, donde surge agua oceánica profunda rica en nutrientes que aumentan la productividad orgánica. Los arrecifes son comunes aquí, pero cuando faltan, en su lugar se encuentran bajíos ooides. Los sedimentos más finos se depositan cerca de la costa.

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 las profundidades. La solubilidad del carbonato de calcio aumenta con la presión y aún más con concentraciones más altas de dióxido de carbono, que se produce por la descomposición de la materia orgánica que se deposita en las profundidades del océano y 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 no saturada con carbonato de calcio, la lisoclina, que ocurre en la profundidad de compensación de calcita de 4000 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 exudado de carbonato rico en restos de foraminíferos y cocolitos (exudado Globigerina) a lodo silícico que carece de carbonatos.

Mønsted es la mayor mina de piedra caliza del mundo.

En casos raros, las turbiditas u otros sedimentos ricos en sílice entierran y preservan los depósitos de carbonato bénticos (océano profundo). Las antiguas calizas bentónicas son microcristalinas y se identifican por su entorno tectónico. Los fósiles suelen ser foraminíferos y cocolitos. No se conocen calizas bentónicas prejurásicas, probablemente porque el plancton con capa de carbonato aún no había evolucionado.

Las calizas también se forman en ambientes de agua dulce. Estas calizas no se diferencian de 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. La caliza de agua dulce es típicamente micrítica. Los fósiles de carófitos (stonewort), una forma de alga verde de agua dulce, son característicos de estos ambientes, donde los carófitos producen y atrapan carbonatos.

Las calizas también pueden formarse en ambientes de depósito de evaporitas. La calcita es uno de los primeros minerales en precipitar en las evaporitas marinas.

Piedra caliza y organismos vivos

Coral reef at Nusa Lembongan, Bali, Indonesia

La mayor parte de la piedra caliza se forma por las actividades de los organismos vivos cerca de los arrecifes, pero los organismos responsables de la formación de arrecifes han cambiado a lo largo del tiempo geológico. Por ejemplo, los estromatolitos son estructuras en forma de montículo en calizas antiguas, interpretadas como colonias de cianobacterias que acumularon sedimentos de carbonato, pero los estromatolitos son raros en calizas más jóvenes. 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.

La piedra caliza muestra la misma variedad 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. Las calizas también muestran características distintivas como estructuras geopétalas, 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 por sparite. Los geólogos usan estructuras de geopétalos para determinar en qué dirección estaba arriba en el momento de la deposición, lo que no siempre es obvio con formaciones de piedra caliza altamente deformadas.

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

Montículos de lodo micrítico

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

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 lodo sean de origen microbiano. Tras la aparición de organismos de arrecifes constructores de estructuras, los montículos de lodo se restringieron principalmente a aguas más profundas.

Arrecifes orgánicos

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 estructuras responsables de la formación de arrecifes orgánicos son característicos de diferentes períodos geológicos: los arqueociatidos aparecieron a principios del Cámbrico; estos dieron paso a las esponjas a finales del Cámbrico; las sucesiones posteriores incluyeron estromatoporoides, corales, algas, briozoos y rudistas (una forma de molusco bivalvo). La extensión de los arrecifes orgánicos ha variado a lo largo del tiempo geológico, y probablemente eran más extensos en el Devónico medio, cuando cubrían un área estimada en 5 000 000 kilómetros cuadrados (1 900 000 millas cuadradas). Esto es aproximadamente diez veces la extensión de los arrecifes modernos. Los arrecifes del Devónico fueron construidos en gran parte por estromatoporoides y corales tabulados, que fueron devastados por la extinción tardía del Devónico.

Los arrecifes orgánicos suelen tener una estructura interna compleja. Los fósiles de cuerpo entero suelen ser abundantes, pero los ooides e interclastos son raros dentro del arrecife. El núcleo de un arrecife es típicamente macizo y sin lecho, y está rodeado por un talud que es mayor en volumen que el núcleo. El astrágalo contiene abundantes intraclastos y suele ser piedra flotante, con un 10 % o más de granos de más de 2 mm de tamaño incrustados en abundante matriz, o piedra de piedra, que en su mayoría son granos grandes con matriz dispersa. El talud se convierte en lodo carbonatado de grano fino planctónico y luego lodo no carbonatado lejos del arrecife.

Paisaje de piedra caliza

El Cudgel de Hércules, una piedra caliza alta en Polonia (Castillo Pieskowa Skała en el fondo)

El cenote Samulá en Valladolid, Yucatán, México

La Zaplaz formaciones en las Montañas Piatra Craiului, Rumania.

La piedra caliza es parcialmente soluble, especialmente en ácido, y por lo tanto forma muchos accidentes geográficos erosionales. Estos incluyen pavimentos de piedra caliza, baches, cenotes, cuevas y quebradas. Tales 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.

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

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.

Bandas de piedra caliza emergen de la superficie de la Tierra en islas y afloramientos rocosos a menudo espectaculares. Los ejemplos incluyen el Peñón de Gibraltar, el Burren en el condado de Clare, Irlanda; Malham Cove en North Yorkshire y la Isla de Wight, Inglaterra; el Gran Orme en Gales; en Fårö, cerca de la isla sueca de Gotland, la escarpa del Niágara en Canadá/Estados Unidos; pico de muesca en Utah; el Parque Nacional de la Bahía de Ha Long en Vietnam; y las colinas alrededor del río Lijiang y la ciudad de Guilin en China.

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 interglaciales cuando el nivel del mar era mayor que en la actualidad.

Los hábitats únicos se encuentran en alvars, extensiones extremadamente planas de piedra caliza con mantos de suelo delgado. La mayor extensión de este tipo en Europa es Stora Alvaret en la isla de Öland, Suecia. Otra área con grandes cantidades de piedra caliza es la isla de Gotland, Suecia. Enormes canteras del noroeste de Europa, como las del Monte San Pedro (Bélgica/Países Bajos), se extienden por más de cien kilómetros.

Usos

Los templos megalíticos de Malta, como el Гаданто Qim se construyen enteramente de piedra caliza. Se encuentran entre las estructuras más antiguas y libres existentes.

La Gran Pirámide de Giza, una de las Siete Maravillas del Mundo Antiguo tenía una cubierta exterior hecha enteramente de piedra caliza.

La piedra caliza es una materia prima que se utiliza en todo el mundo de diversas formas, incluidas la construcción, la agricultura y los materiales industriales. 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, fueron hechos de piedra caliza. Tantos edificios en Kingston, Ontario, Canadá, fueron, y siguen siendo, construidos a partir de ella que recibe el sobrenombre de "Ciudad de la piedra caliza". La piedra caliza, metamorfoseada por el calor y la presión, produce mármol, que se ha utilizado para muchas estatuas, edificios y mesas de piedra. En la isla de Malta, una variedad de piedra caliza llamada piedra 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.

La piedra caliza se puede procesar en muchas formas diferentes, como ladrillo, cemento, en polvo/triturada o como relleno. La piedra caliza está fácilmente disponible y es relativamente fácil de cortar en bloques o tallar más elaborado. Los antiguos escultores americanos valoraban la piedra caliza porque era fácil de trabajar y buena para los detalles finos. Remontándonos al período Preclásico Tardío (alrededor de 200–100 a. C.), la civilización maya (México antiguo) creó esculturas refinadas usando 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. Esculpidas en estas esculturas había historias políticas y sociales, y esto ayudó a comunicar los mensajes del rey a su pueblo. 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), lo que lo hace poco práctico para edificios altos y relativamente caro como material de construcción.

La piedra caliza fue más popular a finales del siglo XIX y principios del XX. Las estaciones de ferrocarril, los bancos y otras estructuras de esa época estaban hechas de piedra caliza en algunas áreas. 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 extraída 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.

La piedra caliza también era un bloque de construcción muy popular en la Edad Media en las áreas donde se producía, ya que es dura, duradera y comúnmente se presenta en superficies expuestas de fácil acceso. Muchas iglesias y castillos medievales en Europa están hechos de piedra caliza. La piedra de cerveza era un tipo popular de piedra caliza para los edificios medievales en el sur de Inglaterra.

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

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  La cantera de piedra caliza de Nordkalk en Pargas, Finlandia

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

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  La piedra caliza como material de construcción

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  La piedra caliza se utiliza en todo el mundo como material de construcción.

La piedra caliza es la materia prima para la producción de cal, principalmente conocida por tratar suelos, purificar agua y fundir cobre. La cal es un ingrediente importante utilizado en las industrias químicas. 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. Asimismo, la grava de piedra caliza se ha utilizado para proteger lagos vulnerables a la lluvia ácida, actuando como agente amortiguador del pH. Los productos químicos de limpieza a base de ácido también pueden grabar la piedra caliza, que solo debe limpiarse con un limpiador neutro o suave a base de álcali.

Una placa de piedra caliza con un mapa negativo de Moosburg en Baviera está preparada para una impresión litográfica.

Bolsa de plástico "hecha principalmente de piedra caliza"

Otros usos incluyen:

• Es la materia prima para la fabricación de óxido de rápido (óxido de calcio), lima esclavizada (hidróxido de calcio), cemento y mortero.
• La piedra caliza pulmonar se utiliza como acondicionador de suelo para neutralizar suelos ácidos (lime agrícola).
• Se tritura para su uso como agregado, la base sólida para muchas carreteras, así como en hormigón asfalto.
• Como reagente en la desulfuración de gases de gripe, donde reacciona con dióxido de azufre para el control de la contaminación atmosférica.
• En la fabricación de vidrio, especialmente en la fabricación de vidrio de soda-lime.
• Como pasta de dientes aditiva, papel, plásticos, pintura, azulejos y otros materiales como pigmento blanco y un relleno barato.
• Como polvo de roca, para suprimir explosiones de metano en minas subterráneas de carbón.
• Purificado, se añade al pan y a los cereales como fuente de calcio.
• Como suplemento de calcio en la alimentación ganadera, como para la aves de corral (cuando la tierra arriba).
• Para remineralizar y aumentar la alcalinidad del agua purificada para prevenir la corrosión del tubo y restaurar los niveles esenciales de nutrientes.
• En los hornos de explosión, la piedra caliza se une con sílice y otras impurezas para eliminarlos del hierro.
• Puede ayudar en la eliminación de componentes tóxicos creados a partir de plantas de quema de carbón y capas de metales fundidos contaminados.

Muchas formaciones de piedra caliza son porosas y permeables, lo que las convierte en importantes depósitos de petróleo. Alrededor del 20% de las reservas de hidrocarburos de América del Norte se encuentran en roca carbonatada. Los yacimientos de carbonato son muy comunes en el Medio Oriente rico en petróleo, y los yacimientos de carbonato contienen alrededor de un tercio de todas las reservas de petróleo en todo el mundo. Las formaciones de piedra caliza también son fuentes comunes de minerales metálicos, porque su porosidad y permeabilidad, junto con su actividad química, promueven la deposición de minerales en la piedra caliza. Los depósitos de plomo y zinc de Missouri y los Territorios del Noroeste son ejemplos de depósitos de mineral alojados en piedra caliza.

Escasez

La piedra caliza es una importante materia prima industrial que tiene una demanda constante. Esta materia prima ha sido fundamental en la industria siderúrgica desde el siglo XIX. Las empresas nunca han tenido escasez de piedra caliza; sin embargo, se ha convertido en una preocupación a medida que la demanda sigue aumentando y sigue teniendo una gran demanda en la actualidad. Las principales amenazas potenciales para el suministro en el siglo XIX fueron la disponibilidad y accesibilidad regional. Los dos principales problemas de accesibilidad fueron el transporte y los derechos de propiedad. Otros problemas fueron los altos costos de capital en plantas e instalaciones debido a las regulaciones ambientales y el requisito de permisos de zonificación y minería. Estos dos factores dominantes llevaron a la adaptación y selección de otros materiales que se crearon y formaron para diseñar alternativas para la piedra caliza que se adaptaran a las demandas económicas.

La piedra caliza se clasificó como una materia prima crítica y, con el riesgo potencial de escasez, impulsó a las industrias a buscar nuevos materiales alternativos y sistemas tecnológicos. Esto permitió que la piedra caliza ya no fuera clasificada como crítica como sustancias de reemplazo aumentadas en la producción; el mineral minette es un sustituto común, por ejemplo.

Seguridad y salud en el trabajo

La piedra caliza en polvo como aditivo alimentario generalmente se reconoce como segura y la piedra caliza no se considera un material peligroso. Sin embargo, el polvo de piedra caliza puede ser un irritante leve para 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 provocar silicosis o cáncer.

Estados Unidos

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 en 15 mg/m³ exposición total y 5 mg/m³ exposición respiratoria durante una jornada laboral de 8 horas. El Instituto Nacional para la Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) ha establecido un límite de exposición recomendado (REL) de 10 mg/m³ exposición total y 5 mg/m³ exposición respiratoria durante una jornada laboral de 8 horas.

Grafiti

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

Galería

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  Una sección estratigráfica de piedra caliza ordoviciana expuesta en el centro de Tennessee, Estados Unidos.Las camas menos resistentes y más delgadas están compuestas de esquisto. Las líneas verticales son agujeros de perforación para explosivos utilizados durante la construcción de carreteras.

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  Sección de foto y grabado de una muestra de piedra caliza fósilífera de la Formación de Kope (Ordovician de Upper) cerca de Cincinnati, Ohio, Estados Unidos.

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  Piedra caliza biosparita de la Formación Brassfield (Lower Silurian) cerca de Fairborn, Ohio, EE.UU., mostrando granos compuestos principalmente por fragmentos crinoides

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  A concretionary nodular (septarian) limestone at Jinshitan Coastal National Geopark, Dalian, China

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  Limestone del lago Tai, utilizado en gongshi, un arte de piedra chino

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  capas de piedra caliza plegadas en la montaña Cascade en Provo Canyon, Utah

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  Fosils in limestone from the northern Black Sea region

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  Distribución de piedra caliza en Ohio, de "Geografía de Ohio", 1923

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  Chalk es una variedad de caliza. Es un material más suave y más polvoriento.