Известняк состоит из минерала кальцита. Доломитизированный известняк состоит из высокомагнезиального кальцита (ВМК) + доломит или из чистого ВМК. Например, доломиты из Щелково (Московская обл.).
По внешнему виду как известняк, но желтоватого цвета.
Коррозия известняка есть процесс химического растворения кальцита под действием атмосферной углекислоты СО2.
Кальцит СaСО3 малорастворим в воде.
Са(НСО3)2 легкорастворим в воде:
Са(НСО3)2 = Са2+ + 2НСО3- (динамическое равновесие).
РАСТВОРЕНИЕ КАЛЬЦИТА есть химическая реакция образования гидрокарбоната кальция.
При увеличении давления СО2 в атмосфере реакция сместится вправо, в сторону растворения кальцита. При падении давления СО2 реакция смещается влево, при этом из раствора выпадает осадок (кальцит). Образуются натеки.
Нормальное давление СО2 в атмосфере Рсо2 = 10-3,5 атм. ( =0,04 %).
Давление в почвенной атмосфере Рсо2 = 10-2 атм. ( =1%)
Кстати, человек теряет сознание при 4% СО2. Существуют "собачьи" пещеры: углекислота как более тяжелый газ стелется по низу и собаки при их малом росте легко погибают.
Концентрация СО2 в почве выше за счет:
а)дыхание почвенной фауны;
б)дыхание бактерий;
в)разложение органики.
Дождевая вода, просачиваясь через такую почву, обогащается углекислотой, при этом растворимость кальцита увеличивается в пять раз. Сразу под почвой вода растворяет слои кальцита. Так образуются подпочвенные карры, по сути дела являющиеся подпочвенным микрорельефом.
Далее вода просачивается вглубь массива, попутно растворяя окружающий известняк. Пусть теперь капля этой воды, насыщенной углекислотой и растворенным известняком, появляется на потолке пещеры.
Если пещерная атмосфера имеет низкие содержания СО2, то происходит смещение реакции влево и выпадение кальцита. Так образуется сталактит. Поэтому важно помнить, что процесс образования натеков ничего общего не имеет с высыханием.
Это тем более очевидно, поскольку в подавляющем большинстве пещер 100% влажность и высыхание невозможно. Итак, натеки есть продукт химического осаждения. Почему в пещере давление углекислоты близко или равно атмосферному?
1)Либо пещера имеет открытый выход на поверхность.
2)Либо такого выхода нет, но есть бурный поток воды, который в виде пузырьков несет воздух атмосферного состава и таким образом контролирует состав пещерной атмосферы. В полностью закрытой системе без водотоков натеки не образуются.
РАСТВОРЕНИЕ ДОЛОМИТА.
СаMg[CO3]2 + 2H2O + 2СО2 = Ca2+ + Mg2+ + 4HCO3-
Отношение Ca2+/Mg2+ = 1
Если растворяется одновременно кальцит и доломит, как оно и случается в природе, то Ca2+/Mg2+ >> 1 Когда растворяется кальцит, то обратная реакция приводит к выпадению кальцита же. Когда растворяется доломит, то выпадает не доломит, а кальцит, арагонит или высокомагнезиальный кальцит.
Почему так? Отвечает на этот вопрос химическая кинетика - раздел химии, изучающий условия протекания химических реакций. Доломит более химически инертен, чем кальцит. Он плохо растворяется даже в ненасыщенных растворах.
Вода, просачиваясь через доломитизированные известняки, растворяет почти исключительно кальцит. Чтобы начал растворяться доломит, вода должна быть ненасыщена по отношению к нему минимум в 10 раз. Чтобы доломит выпал в осадок, отношение Ca2+/Mg2+ должно быть > 1. Но растворялся в первую очередь кальцит, и соотношение явноАРАГОНИТ. СаСО3 Химическая формула этого минерала такая же, как у кальцита. Разница в том, что атомы пространственно расположены иначе.
Говорят, что кальцит и арагонит - две полиморфные модификации одного и того же вещества - карбоната кальция. Кальцит - низкотемпературная модификация, арагонит - высокотемпературная и высокобарическая. Он образуется на больших глубинах (= при больших давлениях) и при высоких температурах.
В поверхностных условиях арагонит метастабилен, и образовываться не должен, вместо него должен образовываться кальцит. Но есть исключения. Дело в том, что ионы магния сорбируются поверхностью кальцита. Равновесие кристалл - раствор определяется обменом на поверхности кристалла.
И если вся поверхность покрыта слоем сорбировавшегося магния, то кристалл ведет себя как кисталл магнезита (MgСО3), являясь на самом деле кальцитом. А поскольку по отношению к магнезиту раствор ненасыщен, то расти магнезит не может. Таким образом, рост зародыша кристалла блокируется.
Но раствор должен освободиться от излишков карбоната кальция. Ситуация может разрешиться двумя способами: а)Образуется лунное молоко. То есть, выпадают все новые и новые зародыши, рост которых тут же блокируется.
б)Начинают расти кристаллы арагонита, поверхность которых не сорбирует магний. Так образуются арагонитовые геликтиты, сталактиты, корки. ГИПС. СаSO4*2Н2О Образуется в сухих пещерах в виде антолитов, натеков. Для Кавказа и Крыма не характерен. Знаменитая Оптимистическая пещера в Подолии развивалась по гипсовым толщам.
МИРАБИЛИТ. Na2SO4*10H2O Крайне редкий минерал пещер. В значительных количествах найден в п. Майская на Дженту. Там мирабилит образует сростки волосовидных кристаллов размером до первых десятков см. Раствор в микроколичествах сочится из стенок пещеры. Рост кристаллов занимает, вероятно, десятки лет. Внешне похож на гипс, отличается слабосоленым вкусом.
