Известняки

В состав известняковых пород входят немногие минералы; почти все разнообразие в свойствах и внешнем облике известняков обусловлено бесконечными вариациями органогенных и других текстур, образуемых этими минералами. Кальцит — устойчивая при обычных температурах форма карбоната кальция, кальцит может рассматриваться как главный породообразующий минерал известняков. Арагонит — это такая форма карбоната кальция, которую он обычно принимает при неорганическом осаждении из морской воды Осаждению арагонита вместо кальцита благоприятствуют теплые воды, высокая соленость и обилие сульфат-ионов в растворе. Такие условия обычно имеют место в участках теплых течений морей и океанов. Воды, богатые сульфат-ионами и захваченные осадками, могут способствовать более длительному сохранению арагонита в отложениях. Арагонит является неустойчивым (метастабильным) минералом и при обычных температурах и давлениях легко превращается в более устойчивый кальцит. В древних известняках арагонита обычно нет, а некоторые раковины, которые первоначально были сложены этим минералом, либо выщелочены, либо замещены крупнокристаллическим (шпатовидным) кальцитом. У большинства организмов раковины сложены либо кальцитом, либо арагонитом, и, за исключением некоторых моллюсков, эти два минерала не встречаются совместно в одной раковине. Даже в сложно построенных раковинах моллюсков кальцит и арагонит слагают самостоятельные слойки, но никогда кристаллы этих минералов не образуют тонких срастаний.
Магний обнаруживается во многих раковинах, хотя в них не встречаются отдельные кристаллы магнезита или двойного карбоната — доломита. Обзор большого числа химических анализов показывает, что магний содержится только в очень небольшом количестве (менее 1%) в скелетных частях организмов, состоящих из чистого арагонита, хотя магний в значительно большей степени совместим с кальцитовой решеткой. Среди магнезиально-кальцитовых раковин наименьшие содержания магния характерны для раковин видов, обитающих в холодных водах При температурах воды, близких к температуре замерзания, содержание MgCO3 в скелетных частях обычных беспозвоночных колеблется от 0 до 6%, тогда как при температурах воды 15°С и более содержание MgCO3 часто превышает 11% и иногда достигает 40%. Кальцит, содержащий менее 6% MgCO3, называется низкомагнезиальным кальцитом, а более 11% MgCO3 — высокомагнезиальным кальцитом. Закисное железо также может входить в кальцитовую решетку, приводя к образованию группы минералов, известных как железистые кальциты.
Зерна доломита CaMg(CO3)2 содержат более 40%) MgCO3, т. е. больше, чем зерна самого высокомагнезиального кальцита. Однако общее содержание MgCO3 в известняковой породе может не достигать таких величин, чтобы в ней возник доломит. В палеозойских и мезозойских породах доломитовые ромбы встречаются уже при содержании MgCO3 всего 2—3%. Метастабильные высокомагнезиальные кальциты теряют, вероятно, со временем магний, и в результате каким-то, пока еще неясным, путем образуется немного доломита.
Существует полный изоморфный ряд между доломитом и ферродоломитом CaFe(CO3)2 с замещением ионов магния на ионы двухвалентного железа в любых соотношениях. Размеры ионных радиусов магния и двухвалентного железа очень близки, и это облегчает изоморфное замещение. Ферродоломит редко присутствует в известняках, но часто встречаются стабильные карбонаты, промежуточные по составу между доломитом и ферродоломитом. Эти минералы называются железистыми доломитами или анкеритами; их теоретическая формула Ca2MgFe(С03)4 или Ca3(Mg2Fe) (CO3)6.
Большей частью железистые кальциты и железистые доломиты присутствуют в известняках в виде цемента и обычно образуются на последних стадиях цементации. Эти минералы могут осаждаться либо непосредственно из растворов, либо образовываться путем замещения ионов в более ранних нежелезистых минералах цемента.
В известняках фосфатные минералы иногда встречаются как первичные составные части скелетов организмов, как, например, роговых (horny) брахиопод или ракообразных; кроме того, они встречаются в виде раннедиагенетических или вторичных конкреций и образований замещения. Главный фосфатный минерал обычно представлен коллофатом, относящимся к ряду гидроксилапатит — фторапатит.
Акцессорные компоненты известняков представлены помимо фосфатов широким рядом различных минералов. Обычны для известняков мелкие зерна аутигенного кварца, реже встречается аутигенный альбит. Микросферолитовый пирит особенно часто замещает обломки кальцитовых раковин. Глинистые минералы групп кандита и иллита также неравномерно распространены, причем частично они, по-видимому, являются аутигенными, а частично образуются в результате вторичного осаждения в поpax и пустотах. Глауконит встречается во многих известняках, иногда в значительных количествах, как в виде конкреционных агрегатов и псевдоморфоз замещения, так и в виде окатанных водой зерен.
Обычно присутствуют неизвестковистые органические остатки, причем среди них наиболее распространены кремнеземистые спикулы губок и скелеты радиолярий. Некоторые из этих остатков могут подвергаться растворению и затем повторно осаждаться в виде кремней.
Чистые известняки и доломиты — это белые или бледно-серые породы, но даже небольшие примеси других веществ сильно окрашивают их в различные цвета. Наиболее обычные красящие пигменты — это соединения железа и марганца и тонкорассеянное органическое вещество (табл. 8.1).