מחזור הפחמן קלציט וארגוניט

אתם עשויים לחשוב על פחמן כאלמנט שכדור הארץ נמצא בעיקר בדברים חיים (כלומר בחומר אורגני) או באטמוספירה כפחמן דו חמצני. שני המאגרים הגיאוכימיים הללו חשובים, כמובן, אך הרוב המכריע של הפחמן נעול בתוך מינרלים פחממתיים. אלה מובלים על ידי סידן פחמתי, הלובש שתי צורות מינרליות בשם קלציט וארגוניט.

לארגוניט ולקלציט יש את אותה הנוסחה הכימית, CaCO₃, אבל האטומים שלהם נערמים בתצורות שונות. כלומר, הם כן פולימורפים. (דוגמא נוספת היא שלישיית הקיאניט, האנדלוסיט והסילימנית.) לארגוניט יש מבנה אורתורומבי ומסרק מבנה טריגונאלי. הגלריה שלנו של מינרלים קרבונטים מכסה את היסודות של שני המינרלים מנקודת מבטו של כלב הסלע: כיצד לזהות אותם, היכן שהם נמצאים, כמה מהמיחידות שלהם.

קלציט יציב יותר באופן כללי מארגוניט, אם כי הטמפרטורות והלחצים משתנים אחד משני המינרלים עשוי להמיר לשני. בתנאי השטח, אראגוניט הופך באופן ספונטני לקלציט לאורך זמן גיאולוגי, אך בלחצים גבוהים יותר ארגוניט, הצפוף יותר מבין השניים, הוא המבנה המועדף. טמפרטורות גבוהות פועלות לטובת קלציט. בלחץ פני השטח, ארגון יכול לא לסבול טמפרטורות מעל 400 מעלות צלזיוס לאורך זמן.

סלעים בלחץ גבוה וטמפרטורה נמוכה של כחול פנים מטמורפיות מכילות לרוב ורידים של אראגוניט במקום קלציט. התהליך של חזרה לאזור קלציט הוא איטי דיו עד שהארגון יכול להתמיד במצב גרוע, בדומה לזה יהלום.

לפעמים גביש של מינרל אחד ממיר למינרל השני תוך שמירה על צורתו המקורית כ פסאודומורף: זה אולי נראה כמו ידית קלציט טיפוסית או מחט ארגוניט, אך המיקרוסקופ הפטרוגרפי מראה את טבע אמיתי. גיאולוגים רבים, לרוב המטרות, אינם צריכים לדעת את הפולימורף הנכון ופשוט לדבר על "קרבונט". רוב הזמן, הפחמן בסלעים הוא קלציט.

כימיה של סידן פחמתי מורכבת יותר כשמדובר בהבנה איזה פולימורף יתגבש מתוך הפיתרון. תהליך זה נפוץ בטבעו, מכיוון ששני המינרלים אינם מסיסים מאוד ונוכחות פחמן דו חמצני מומס (CO₂) במים דוחף אותם לכיוון המשקעים. במים, CO₂ קיים באיזון עם יון הביקרבונט, HCO₃⁺, וחומצה פחמית, H₂שיתוף₃שכולם מסיסים מאוד. שינוי רמת CO₂ משפיע על רמות התרכובות האחרות הללו, אך ה- CaCO₃ באמצע השרשרת הכימית הזו אין כמעט ברירה אלא לשקע כמינרל שלא יכול להתמוסס במהירות ולחזור למים. תהליך חד כיווני זה הוא המניע העיקרי של מחזור הפחמן הגאולוגי.

איזה סידור יוני הסידן (Ca²⁺) ויונים קרבונטיים (CO₃^2–) יבחרו כשתצטרף ל- CaCO₃ תלוי בתנאים במים. במים מתוקים נקיים (ובמעבדה) קלציט שולט בעיקר במים קרירים. תצורות מערה הן בדרך כלל קלציט. מלטים מינרליים באבני גיר רבות ובסלעי משקע אחרים הם בדרך כלל קלציט.

האוקיאנוס הוא בית הגידול החשוב ביותר ברשומה הגיאולוגית, ומינרליזציה של סידן פחמתי היא חלק חשוב מחיי האוקיאנוס והגיאוכימיה הימית. סידן פחמתי יוצא ישירות מהפתרון ליצירת שכבות מינרליות על החלקיקים העגולים הזעירים הנקראים ooids וכדי ליצור את המלט של בוץ קרקעית הים. איזה מינרל מתגבש, קלציט או ארגון, תלוי בכימיה של המים.

מי ים מלאים יונים שמתחרים בסידן ובפחממת. מגנזיום (מג²⁺) נאחז במבנה הקלציט, מאט את גידול קלציט ומכריח את עצמו למבנה המולקולרי של קלציט, אך הוא לא מפריע לארגונייט. יון סולפט (SO₄^–) גם מדכא צמיחת קלציט. מים חמים יותר ואספקה ​​גדולה יותר של פחמתי מומס מעדיפים ארגוניט על ידי עידודם לצמוח מהר יותר ממה שמסכל יכול.

דברים אלה חשובים לדברים החיים שבונים את הקליפות והמבנים שלהם מסידן פחמתי. רכיכה, כולל צירים וברכיפודים, הם דוגמאות מוכרות. הקליפות שלהם אינן מינרליות טהורות, אלא תערובות מורכבות של גבישים קרבונטיים מיקרוסקופיים הקשורים יחד עם חלבונים. בעלי החיים והתאים החד-תאיים המסווגים כפלנקטון מבצעים את הקליפות שלהם, או הבדיקות, באותה צורה. גורם חשוב נוסף נראה כי אצות מרוויחות מייצור קרבונט על ידי הבטחת עצמן לספק מוכן של CO₂ לעזור בפוטוסינתזה.

כל היצורים הללו משתמשים באנזימים כדי לבנות את המינרל שהם מעדיפים. אראגוניט מייצר גבישים מחטניים ואילו קלציט הופך לחסימה, אך מינים רבים יכולים להשתמש באחד משני המינים. פגזי רכיכות רבים משתמשים בארגוניט מבפנים ובקלציט מבחוץ. כל מה שהם עושים משתמש באנרגיה, וכאשר תנאי האוקיאנוס מעדיפים פחמתי זה או אחר, תהליך בניית הקליפות לוקח אנרגיה נוספת כדי לעבוד כנגד תכתיבי הכימיה הטהורה.

משמעות הדבר היא ששינוי הכימיה של האגם או האוקיאנו מעניש מינים מסוימים ומועיל לאחרים. במהלך הזמן הגיאולוגי האוקיאנוס עבר בין "ים ארגון" ל"ים קלציטים ". היום אנו נמצאים ב- ים ארגוניט עתיר מגנזיום - הוא מעדיף משקעים של ארגוניט פלוס קלציט שהוא גבוה ב מגנזיום. ים קלציט, נמוך יותר במגנזיום, מעדיף קלציט דל מגנזיום.

הסוד הוא בזלת רצפת ים טרייה, שהמינרלים שלהם מגיבים עם מגנזיום במי הים ושולפים אותה מהמחזור. כאשר הפעילות הטקטונית בצלחת היא נמרצת, אנו מקבלים ים קלציט. כאשר הוא איטי יותר ואזורי ההתפשטות קצרים יותר, אנו מקבלים ים של ארגוניט. יש בזה כמובן יותר מזה. הדבר החשוב הוא ששני המשטרים השונים קיימים, והגבול ביניהם הוא בערך כאשר המגנזיום שופע כפליים מסידן במי הים.

לכדור הארץ היה ים ארגוניטי מאז לפני כארבעים מיליון שנה (40 מא). התקופה האחרונה של הים הארגוניטי הקודם הייתה בין תקופת המיסיסיפי המאוחרת לתקופת היורה הקדומה (בערך 330 עד 180) מא), והבא אחריה אחורה בזמן היה הפרה-קומבריאן האחרון, לפני 550 מא. בין התקופות הללו היה כדור הארץ קלציט ים. תקופות ארגוניט יותר וקלציט ממופות עוד יותר בזמן.

נהוג לחשוב שעם הזמן הגיאולוגי, דפוסים גדולים אלה עשו את ההבדל בתערובת האורגניזמים שבנו שוניות בים. הדברים שלומדים על מינרליזציה של קרבונט והתגובה שלו לכימיה של האוקיאנוס חשובים גם הם לדעת כשאנחנו מנסים להבין כיצד הים יגיב לשינויים שנגרמו על ידי האדם באטמוספרה אקלים.