Fysiske egenskaper ved kalkstein

Kalkstein er en samlebetegnelse for en gruppe av sedimentære bergarter som består av minst 50 prosent kalsitt, et mineral dannet av kalsiumkarbonat. Hvis noe av kalsiumet blir erstattet av magnesium, blir det resulterende kalsiumet magnesiumkarbonat bergarter kalles dolomittisk kalkstein. Kalkstein har en rekke opprinnelser og kan utfelles i vann eller utskilles av marine organismer som koraller; det kan også bestå av skall av døde marine organismer.

Det er to hovedtyper av sedimentær bergart: klastikk, eller detrital - som består av små steinfragmenter - og ikke-klastisk, også kalt kjemisk og uorganisk. Klastisk kalkstein består av biogene korn, eller klaster, snarere enn eroderte bergfragmenter, som i tilfelle sandsteiner. Slike biogene klaser er skall- eller beinfragmenter fra døde marine organismer og akkumuleres ved å synke til bunnen av havet eller andre vannmasser. De vokser også i marine miljøer som korallrev. Ikke-klastisk kalkstein, som travertiner, dannes gjennom utfelling av karbonatkrystaller i grunt vann og i grunnvann, hvor sistnevnte danner stalagmitter og stalaktitter i huler.

Karbondioksid i atmosfæren, sammen med svovel og nitrogenoksider i forurensede by- og industriområder, oppløses i regnvann og grunnvann for å danne svake syrer. Disse syrene reagerer med karbonater i kalksteinen og oppløser fjellet og danner sinkhull og huler. Kalkstein er også utsatt for mekanisk forvitring, spesielt i tørt klima, av den slitende virkningen av vind som bærer bergfragmenter og annet rusk. Denne kombinasjonen av kjemisk og mekanisk forvitring gjør kalkstein veldig sårbar for forverring når den utsettes for atmosfæren.

Kalkstein dannet gjennom akkumulering av skjell og skjelettmateriale har høy initial porøsitet - et begrep som refererer til hulrommene mellom de faste fragmentene. Denne porøsiteten avtar med komprimering over tid etter hvert som mer materiale avsettes og fragmenter sementeres sammen. Surt vann fra atmosfæren eller bakken løser opp noe av dette komprimerte materialet, og skaper en sekundær porøsitet. Jordbevegelse over geologisk tid får kalksteinen til å sprekke. Inntrenging av surt vann forstørrer bruddene ytterligere. Når den blir utsatt, vises denne oppløsningseffekten på overflaten som et nettverk av sprekker og synkehull kalt karst.

Kalksteinformasjoner som landskap, huler og korallrev er spektakulære turistattraksjoner. Når det brukes som byggemateriale, har kalkstein en elegant og attraktiv aldringsprosess gjennom århundrer, til tross for sin sårbarhet for forverring. Den høye porøsiteten og hulrommene i kalkstein gjør den til en effektiv akvifer for offentlige vannforsyninger i Texas, Irland og over hele verden. Imidlertid gir kalkformasjoner alvorlige tekniske problemer for vei, tunnel og bygningskonstruksjon. Hulrom og bratt skrånende berglag kan ikke alltid identifiseres under en byggeplassundersøkelse og kan avta og forårsake en plutselig kollaps av fundamenter, bygninger og tunneler.