Известняк

Известняк — это осадочная горная порода, преимущественно биогенного (реже хемогенного) происхождения, состоящая главным образом из карбоната кальция (CaCO₃) в виде минералов кальцита или арагонита. Относится к группе карбонатных пород. Характеризуется широкой распространённостью в земной коре, разнообразием текстур и структур, а также высокой практической значимостью в строительстве, промышленности и сельском хозяйстве.

Состав и классификация

Минеральный и химический состав

Основным породообразующим минералом известняков является кальцит. В меньших количествах могут присутствовать доломит (CaMg(CO₃)₂), глинистые минералы, кварц, опал, глауконит, фосфаты, оксиды железа и марганца, а также органическое вещество. Химический состав в основном представлен CaO (до 56 %) и CO₂ (до 44 %). Примеси MgO, SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, P₂O₅ и других элементов определяют цвет, прочность и технологические свойства породы.

Классификация по происхождению

По генезису известняки подразделяются на:

• Биогенные — образуются из скелетных остатков морских организмов (фораминифер, моллюсков, кораллов, водорослей). Наиболее распространённый тип.
• Хемогенные — осаждаются из насыщенных растворов карбоната кальция в тёплых морских бассейнах (оолитовые, пизолитовые известняки).
• Обломочные — формируются за счёт переотложения обломков ранее существовавших известняков (известняковые брекчии, конгломераты).

Классификация по структуре и текстуре

По размеру зёрен (структуре) различают:

• Пелитоморфные (микрозернистые) — размер зёрен менее 0,01 мм.
• Органогенно-обломочные — содержат видимые невооружённым глазом остатки организмов.
• Оолитовые — состоят из концентрически-скорлуповатых шариков (оолитов).
• Кристаллически-зернистые — от мелко- до крупнозернистых.

По текстуре выделяют массивные, слоистые, пористые, кавернозные и брекчиевидные разности.

Основные разновидности

• Мел — мягкая, тонкозернистая разновидность, состоящая из микроскопических скелетов кокколитофорид.
• Ракушечник (ракушняк) — пористый известняк, сложенный из целых или раздробленных раковин моллюсков.
• Мраморовидный известняк — перекристаллизованная разность, близкая к мрамору, но с сохранившейся слоистостью.
• Травертин — известковый туф, образующийся при осаждении CaCO₃ из вод горячих источников.
• Доломитизированный известняк — содержит примесь доломита (более 10 %).

Физические и химические свойства

Основные характеристики известняков варьируют в широких пределах в зависимости от состава и структуры:

• Плотность: от 1,8 до 2,8 г/см³ (для мела — около 1,2 г/см³).
• Прочность на сжатие: от 0,4 МПа (у рыхлых разностей) до 150 МПа (у плотных мраморовидных).
• Пористость: от долей процента до 30–40 % (у ракушечника и мела).
• Цвет: белый, серый, желтоватый, бурый, красноватый, чёрный (зависит от примесей).
• Растворимость: легко растворяется в кислотах (соляной, уксусной) с выделением углекислого газа; в чистой воде растворимость низкая, но возрастает в присутствии CO₂.
• Морозостойкость: от 15 до 300 циклов (зависит от пористости).
• Теплопроводность: низкая (0,2–0,8 Вт/(м·К)), что делает его хорошим теплоизолятором.

Месторождения и добыча

Распространение в земной коре

Известняки слагают значительную часть осадочного чехла платформ и складчатых областей. Наиболее крупные залежи приурочены к отложениям палеозойской, мезозойской и кайнозойской эр. В России известняки широко распространены в Европейской части (Подмосковье, Ленинградская область, Урал, Поволжье), на Кавказе, в Крыму, в Сибири (Кузбасс, Хакасия).

Крупнейшие месторождения в мире

• США — штаты Индиана, Кентукки, Техас.
• Китай — провинции Гуанси, Юньнань.
• Великобритания — графства Дербишир, Йоркшир.
• Италия — район Каррары (мраморовидные известняки).
• Египет — плато Гиза (использовался для строительства пирамид).

Способы добычи

Добыча ведётся открытым способом (карьеры) с использованием буровзрывных работ, экскаваторов и дробильных установок. Для получения блоков (облицовочный камень) применяются камнерезные машины. В некоторых регионах (например, в Крыму) практикуется подземная добыча (шахты).

История использования

Известняк — один из первых строительных материалов, освоенных человеком. Древнейшие известняковые сооружения датируются IX–VIII тысячелетиями до н. э. (Иерихон, Чатал-Хююк). В Древнем Египте из известняка построены пирамиды Гизы (Хеопса, Хефрена, Микерина) и облицовка многих храмов. В античной Греции и Риме известняк применялся для возведения храмов, амфитеатров, акведуков (Колизей, Пантеон). В средневековой Европе известняк был основным материалом для строительства замков, соборов и крепостных стен. На Руси белый камень (подмосковный известняк) использовался при возведении храмов Владимиро-Суздальской Руси (Успенский собор во Владимире, церковь Покрова на Нерли), а также при строительстве Московского Кремля (стены и башни).

Применение

Строительство

• Бутовый камень — для фундаментов, подпорных стен, отсыпки.
• Облицовочный камень — для отделки фасадов и интерьеров.
• Щебень — для бетона, дорожного покрытия, балласта железных дорог.
• Известняковая мука — наполнитель для сухих строительных смесей, асфальтобетона.

Производство вяжущих материалов

• Известь (негашёная CaO и гашёная Ca(OH)₂) — получают обжигом известняка при 900–1200 °C. Используется в строительстве, металлургии, химической промышленности.
• Цемент — известняк является основным сырьём (до 80 % состава) для производства портландцемента.

Металлургия

• Флюс — добавляется в шихту при выплавке чугуна и стали для удаления пустой породы и серы.
• Раскислитель — для связывания оксидов железа.

Химическая промышленность

• Производство соды, карбида кальция, минеральных удобрений.
• Очистка сахара (сатурация).
• Производство стекла (как источник CaO).

Сельское хозяйство

• Известкование почв — для снижения кислотности и улучшения структуры почвы.
• Кормовая добавка — источник кальция для животных.

Экология и очистка

• Нейтрализация кислых сточных вод и промышленных выбросов (сернистого газа).
• Очистка питьевой воды (удаление железа, марганца).

Декоративное и художественное применение

• Скульптура и архитектурный декор.
• Производство бумаги, резины, красок (как наполнитель).

Интересные факты

• Карстовые процессы: Известняки легко растворяются водой, что приводит к образованию карстовых форм рельефа — пещер, воронок, подземных рек. Крупнейшие пещеры мира (Мамонтова, Крубера-Воронья) заложены в известняках.
• Палеонтология: В известняках часто встречаются окаменелости древних организмов — от микроскопических фораминифер до скелетов динозавров. Некоторые разности (например, «известняк-ракушечник») почти целиком состоят из раковин.
• Строительство пирамид: Для облицовки пирамиды Хеопса использовалось около 5,5 млн тонн известняка, добытого в каменоломнях Туры (Египет). Белый цвет облицовки делал пирамиду видимой за десятки километров.
• Белый камень Москвы: В XIV–XV веках подмосковный известняк (мячковский горизонт) активно применялся для строительства Московского Кремля, что дало название «белокаменная» Москва.
• Мел как пищевая добавка: В некоторых регионах (например, в Африке) мел используется в пищу как источник кальция (геофагия).

Источники

• Геологический словарь. В 3 т. — М.: Недра, 1978.
• Петрографический кодекс России. — СПб.: ВСЕГЕИ, 2009.
• Справочник по строительным материалам / Под ред. А. С. Болдырева. — М.: Стройиздат, 1985.
• Короновский Н. В. Общая геология. — М.: КДУ, 2010.
• Минерально-сырьевая база строительных материалов России. — М.: Геоинформмарк, 2002.