Vznik vápence v přírodě

Vápenec je jemnozrnná až celistvá usazená (sedimentární) hornina. Složen je převážně z nerostu kalcitu (někdy též z aragonitu). Kalcit a aragonit jsou téhož chemického složení (CaCO₃, uhličitan vápenatý), krystalují ale každý v jiné soustavě, kalcit je v přírodě mnohem častější.

Uhličitan vápenatý, známý také pod systematickým názvem karbonát vápenatý, je běžná anorganická sloučenina s chemickým vzorcem CaCO₃. Mezi jeho alternativní označení patří anglický název calcium carbonate, nebo starší označení jako uhličitan vápenatý.

Výskyt uhličitanu vápenatého v přírodě

Najdeme jej v přírodě v mnoha minerálních formách, jako je vápenec, mramor, křída nebo aragonit. Uhličitan vápenatý se přirozeně vyskytuje v několika minerálech, včetně vápence, křídy, mramoru, travertinu nebo mušloviny. Tato látka hraje také zásadní roli v přírodních geologických procesech: je hlavní složkou korálových útesů, schránek mořských živočichů i krasových jeskyní.

Formy uhličitanu vápenatého

Tato sloučenina se v přírodě vyskytuje ve třech hlavních krystalových formách: kalcit, aragonit a vaterit. Kalcit a aragonit mají chemický vzorec CaCO3 (uhličitan vápenatý). Kalcit je po křemeni nejrozšířenějším nerostem na světě. V přírodě se vyskytuje v mnoha barevných variantách v závislosti na příměsích a uzavřeninách. Může být bezbarvý, bílý, šedý, žlutý, hnědý, růžový, zelenavý, modravý nebo dokonce černý.

Určitou část vápence tvoří příměsi. Mohou jimi být dolomit, siderit, křemen a další nerosty, z hornin pak může tvořit vápenec směsi např. s jíly. Podle toho pak se odvíjí barva vápence. Zatímco vápenec bez příměsí je bílý (kalcit bez příměsí je dokonce průhledný), pak některé minerály zbarvují vápenec do žluta až červena (podle oxidů železa), do černa (s oxidy manganu nebo stopami půd) atd. Vápencem často probíhají křemenné žíly nápadně odlišného, většinou světlejšího zbarvení než okolní hornina.

Čtěte také: Dobrodružství s albatrosy v knihách

Pokud se horniny vápencového složení dostanou horotvornými pochody do velkých hloubek, pak se vápenec vlivem vysokých tlaků a teplot mění na metamorfovanou (přeměněnou) horninu - krystalický vápenec nebo mramor.

Pokud někde v přírodě najdeme velmi čistý, ale nedostatečně zpevněný, drobivý a pórovitý vápenec, pak jej obvykle označíme slovem křída.

Jak vápence v přírodě vznikají

Nyní k otázce, jak vápence v přírodě vznikají. První způsob je vznik biochemickou cestou. Děje se tak u organismů na korálových útesech. Všech 6000 druhů korálů žije přisedle v rozsáhlých koloniích. Mohou to být živočichové - koráli žijící uvnitř korálové trubičky. Koráli pohlcují z vody oxid uhličitý a vylučují uhličitan vápenatý na tvorbu svých vnějších schránek. Z nich se pak během geologicky měřitelné doby tvoří vápencový korálový útes, který se při horotvorných procesech může dostat nad mořskou hladinu a na pevnině tvoří ložisko vápence (např. Zlatý kůň je bývalým útesem).

Druhý proces je biomechanický. Na začátku je vápník ve schránkách nebo v kostech drobných i velkých živočichů (počínaje mikroskopickými organismy) nebo i součást těl rostlin. Po jejich odumření se uhličitan vápenatý, základ vápence, hromadí jako drobnozrnná hmota nebo jako hmota obsahující zkameněliny, někdy i velkých rozměrů. Pro vápence vzniklé biomechanicky se často užívá název vápence organogenní nebo též organodetritické.

Vápenec může vznikat srážením z pevninských vod - vznik vápenců chemogenní cestou. Pokud pramen obsahuje dostatečné množství vápence, kterým se nasytil v podzemí, pak na povrchu na kaskádách se vápenec sráží. Z Turecka známe tento způsob vzniku vápence z místa zvaného Pamukkale, u Berouna pak v Císařské rokli nebo v Údolí děsu. Vápenec vzniklý srážením pevninských vod se označuje jako travertin, vápenec vzniklý srážením vod teplejších než 30°C se nazývá vřídlovec (je znám např. z Karlových Varů). Pokud se vápenec z pramene vysrážel na drobných zrncích jiného materiálu, označuje se jako hrachovec.

Čtěte také: Více o rizicích v přírodě

Podle čtvrtého způsobu vzniku rozeznáváme vápence klastické. Vznikají ze starších úlomků vápenců různě velkých, od drobné drti po větší kusy, děje se tak v moři i ve sladkých vodách.

Vlastnosti uhličitanu vápenatého

Uhličitan vápenatý je bílá, bez zápachu a prakticky nerozpustná pevná látka, obvykle ve formě jemného prášku nebo zrnité pevné látky. Jeho molekulová hmotnost je přibližně 100,09 g/mol.

Uhličitan vápenatý je špatně rozpustný ve vodě, ale za přítomnosti oxidu uhličitého přechází na rozpustný hydrogenuhličitan vápenatý. Tato vlastnost je klíčová pro procesy krasové eroze nebo tvorbu vodního kamene. Rozkládá se při vyšší teplotě (nad 825 °C) na oxid vápenatý (pálené vápno) a oxid uhličitý.

Získávání uhličitanu vápenatého

Průmyslově se uhličitan vápenatý získává buď těžbou přírodních ložisek (nejčastěji kalcitu nebo mramoru), nebo precipitací ze směsi vápenatých sloučenin s oxidem uhličitým.

Vápenec se těží velmi podobně jako jiné horniny a většina vápence se získává odstřelováním. Do skalní stěny se vyvrtají otvory, jež se naplní výbušninami. Vápenec se potom zpracovává a dál třídí na širokou škálu různých velikostí podle typu dalšího použití. Větší kusy horniny se tzv. kalcinují (to je vysokoteplotní proces, ve kterém se jeden tuhý materiál odloučí na výrobu plynu, zatímco druhý vytvoří tuhou látku) v šachtových pecích a menší jdou do rotačních pecí.

Čtěte také: Inspirace pro svatbu v přírodě

Využití uhličitanu vápenatého

Tato látka je hojně využívána v různých průmyslových odvětvích, v zemědělství, ale i v domácnostech. S uhličitanem vápenatým se setkáváme každý den, i když si to často neuvědomujeme.

• Potravinářství a farmacie - funguje jako výplňové činidlo v tabletách, antacidum proti překyselení žaludku a jako zdroj vápníku.
• Stavební průmysl - využívá se při výrobě cementu, vápna, ale i sádrokartonových desek.
• Ekologické čističe a kosmetika - v přípravcích pro domácnost slouží jako jemné abrazivum.
• Zemědělství - mletý vápenec je běžně aplikován na pole jako hnojivo k neutralizaci kyselých půd.

Praktické využití kalcitu, zejména jako monominerální horniny vápence, je bohaté. Islandský kalcit se pro vysoký dvojlom používá jako nikoly do polarizačních přístrojů. Azbestový kalcit a mramor-onyx nachází využití v klenotnictví a k dekoraci. Leštěné mramory a travertiny se používají jako stavební materiál, obklady interiérů a exteriérů budov, v sochařství aj.

Krasové jevy a vznik krápníků

Krasové jevy a tedy i související vznik krápníků je souborem řady velmi komplikovaných procesů, jež navíc ovlivňuje řada dalších parametrů, např. složení půdy, teplota, tlak, objem pórů v hornině, nasákavost horniny, přítomnost iontů ostatních látek atd. atd. Uvedený popis (přes vznik hyderogenuhličitanu, jak je uvedeno i v otázce) je tedy velmi zjednodušenou verzí, která ale na druhé straně proces popisuje velmi dobře a pochopitelně.

Princip je zhruba následující. Uhličitan vápenatý z horniny na povrchu reaguje se vzdušnou vodou a také se vzdušným oxidem uhličitým (oxidu uhličitého je ve vzduchu poměrně málo, ale i to stačí k tomu, aby reakce probíhala) na rozpustný hydrogenuhličitan vápenatý. Oxid uhličitý je k povrchu horniny (dolomitu, kalcitu) často dopraven také ve formě kyseliny uhličité, která vzniká reakcí oxidu uhličitého a vody, ale není nijak stálá, takže se často hned rozpadá. V případě dešťů tedy jde spíše o směs absorbovaného oxidu uhličitého a směs disociované kyseliny uhličité a kyseliny uhličité.

Jak bylo řečeno, vzniklý hydrogenuhličitan vápenatý je poměrně dobře rozpustný ve vodě (narozdíl od uhličitanu vápenatého (kalcit, vápenec)). Rozpustí se tedy ve vodě a ta protéká puklinami, prasklinami a póry v zemi a hornině, až se dostane do jeskyně.

Protože chemická reakce popsaná výše je rovnovážná, směr reakce je dán reakčními podmínkami (tlak, teplota, koncentrace reaktantů - tzv. LeChatelierův princip). Zjednodušeně lze říci, že pokud je např. dostatek reaktantů a vhodný tlak a teplota, bude probíhat zleva doprava, dokud se nedostane do nějaké rovnováhy. Pokud ale nastane situace, kdy je reaktantů nedostatek a jiný tlak a teplota, bude probíhat do jiné rovnováhy, v níž ale budeme mít více reaktantů (tedy zprava doleva).

Taková situace právě nastane v té jeskyni, CO₂ je tam podstatně méně než na povrchu, reakce tedy začne probíhat zprava doleva a hydrogenuhličitan se rozkládá na vodu a oxid uhličitý, jež uniknou do atmosféry jeskyně a postupně zase částečně prasklinami a póry putují zpět na povrch. Vzniká tedy zase ve vodě nerozpustný uhličitan vápenatý (kalcit), který vytvoří zárodek krápníků. Po vzniklém zárodku kalcitu stéká další hydrogenuhličitan, jež se, ve změněných podmínkách jeskyně, zase rozloží dle výše uvedené rovnice (ale probíhající zprava doleva) na oxid uhličitý a vodu a další kalcit, ten tak postupně narůstá až vytvoří krápník.

Na závěr jednoduché shrnutí, díky podmínkám na povrchu je rovnováha reakce posunuta tak, že reakcí oxidu uhličitého, vody a kalcitu vzniká hydrogenuhličitan vápenatý, který se v nadbytku vody rozpustí a proteče do jeskyně. Tam se ale podmínky pro reakci změní tak, že rovnováha je posunuta zprava doleva a reakce začne probíhat tímto směrem, tedy hydrogenuhličitan vápenatý se začne zase rozkládat na uhličitan vápenatý (říkáme mu vápenec nebo kalcit),jenž postupně vytvoří krápník.

tags: #co #v #přírodě #vytváří #vápenec #vznik

Oblíbené příspěvky:

• Protivínská stezka Zelendárky
• Studie o environmentálních dopadech budov
• Problémy a řešení v oblasti měření emisí
• Ovzduší v ČR
• Částice a Definice