Kalkstein ist ein Sammelbegriff für eine Gruppe von Sedimentgesteinen, die zu mindestens 50 Prozent aus Calcit, einem Mineral aus Calciumcarbonat, bestehen. Wird ein Teil des Calciums durch Magnesium ersetzt, entsteht Calcium Magnesiumcarbonat Gestein wird dolomitischer Kalkstein genannt. Kalkstein hat eine Vielzahl von Ursprüngen und kann im Wasser ausgefällt oder von Meeresorganismen wie Korallen abgesondert werden; es kann auch aus den Schalen toter Meeresorganismen bestehen.
Klastisch und nichtklastisch
Es gibt zwei Haupttypen von Sedimentgestein: klastisch oder detrital – das aus kleinen Gesteinsfragmenten besteht – und nichtklastisch, auch chemisch und anorganisch genannt. Klastischer Kalkstein besteht aus biogenen Körnern oder Klasten und nicht wie bei Sandsteinen aus erodierten Gesteinsfragmenten. Solche biogenen Klasten sind Schalen- oder Knochenfragmente von abgestorbenen Meeresorganismen und reichern sich an, indem sie auf den Grund des Meeres oder eines anderen Gewässers sinken. Sie wachsen auch in Meeresumgebungen wie Korallenriffen. Nichtklastischer Kalkstein, wie Travertine, entsteht durch die Ausfällung von Karbonatkristallen im Flachwasser und im Grundwasser, wobei letzteres in Höhlen Stalagmiten und Stalaktiten bildet.
Chemische und mechanische Bewitterung
Kohlendioxid in der Atmosphäre löst sich zusammen mit Schwefel- und Stickoxiden in belasteten Stadt- und Industrieregionen in Regen- und Grundwasser zu schwachen Säuren. Diese Säuren reagieren mit Karbonaten im Kalkstein und lösen das Gestein auf, wodurch Dolinen und Höhlen entstehen. Kalkstein unterliegt auch mechanischer Verwitterung, insbesondere in trockenen Klimazonen, durch die abrasive Wirkung von Wind, der Gesteinsfragmente und andere Trümmer trägt. Diese Kombination aus chemischer und mechanischer Verwitterung macht Kalkstein sehr anfällig für den Verfall, wenn er der Atmosphäre ausgesetzt wird.
Porosität und Brüche
Kalkstein, der durch die Anhäufung von Schalen und Skelettmaterial gebildet wird, hat eine hohe anfängliche Porosität – ein Begriff, der sich auf die Hohlräume zwischen den festen Fragmenten bezieht. Diese Porosität nimmt mit der Verdichtung im Laufe der Zeit ab, da mehr Material abgelagert wird und Fragmente zusammenzementieren. Saures Wasser aus der Atmosphäre oder dem Boden löst einen Teil dieses verdichteten Materials auf und erzeugt eine sekundäre Porosität. Erdbewegungen im Laufe der geologischen Zeit lassen den Kalkstein brechen. Das Eindringen von saurem Wasser vergrößert die Brüche weiter. Bei Belichtung erscheint dieser Auflösungseffekt an der Oberfläche als ein Netzwerk von Rissen und Dolinen, die Karst genannt werden.
Technische Vorteile und Probleme
Kalksteinformationen wie Landschaften, Höhlen und Korallenriffe machen spektakuläre Touristenattraktionen. Als Baustoff verwendet Kalkstein über Jahrhunderte einen anmutigen und attraktiven Alterungsprozess, trotz seiner Anfälligkeit für Verderb. Die hohe Porosität und Hohlräume von Kalkstein machen ihn zu einem effizienten Grundwasserleiter für die öffentliche Wasserversorgung in Texas, Irland und weltweit. Kalksteinformationen stellen jedoch ernsthafte technische Probleme für den Straßen-, Tunnel- und Hochbau dar. Hohlräume und steil geneigte Gesteinsschichten werden bei einer Baustellenuntersuchung nicht immer erkannt und können absinken, was zu einem plötzlichen Einsturz von Fundamenten, Gebäuden und Tunneln führen kann.
