Kalkstein

Bei Kalkstein handelt es sich um einen typischen Sedimentit, also ein Sedimentgestein. Er entsteht aus unterschiedlichen Formen von Ablagerungen, die im Lauf der Zeit immer mehr zusammengepresst und verfestigt werden.

In den allermeisten Fällen handelt es sich bei diesen Ablagerungen um die kalkhaltigen Überreste von Lebewesen (z. B. Schalen oder kalkhaltige Außenskelette von Plankton). Nur in wenigen Fällen wird Kalk durch chemische Prozesse ausgefällt, die sich danach ablagern. Bis zur endgültigen Ablagerung können die Sedimente auch zum Teil über kürzere Strecken transportiert werden (sogenannte klastische Kalkgesteine).

Kalksteine sind im geologischen Sinn alle Steine, die überwiegend aus Calciumcarbonat (CaCO3) bestehen. Eine Ausnahme gilt hierbei für Marmor, der zwar ebenfalls eine Art von Kalkstein mit vielen typischen Eigenschaften klassischer Kalksteine ist, dabei aber ein Metamorphit (Umwandlungsgestein). Auch sonst gibt es einige (kleinere) Unterschiede zwischen Kalkstein und Marmor.

Kalkgesteine stellen heute die bedeutendste Steinsorte sowohl im Bereich der Baumaterialien als auch im Bereich der Natursteine dar. Daneben sind sie in der Natur auch als Speichergestein bedeutsam, in denen sich bedeutende Lagerstätten von Erdöl und Erdgas finden.

Zusammensetzung von Kalksteinen

Je nach Art der Entstehung kann die Zusammensetzung im Einzelnen leicht unterschiedlich sein. Kalksteine bestehen aber immer zum größten Teil aus Calciumcarbonat in der Form von Calcit (Kalkspat) und Aragonit.

Als Sedimentgestein können Kalksteine auch noch Tonminerale, Quarz, Gips und Dolomit (Mineral) in wechselnden Anteilen enthalten. Besonders tonmineralhaltige Kalksteine werden Mergel genannt, besonders dolomithaltige Kalksteine bezeichnet man häufig auch als “Dolomitstein”.

Beimengungen von färbenden Mineralen können die Farbgebung von Kalksteinen deutlich beeinflussen (z. b. Eisenoxide). Im Allgemeinen sind sie allerdings (ohne Beimengungen von färbenden Mineralen oder als nicht-bituminöse Kalksteine) relativ hell gefärbt, meist hellgrau bis (hell-)graugelb.

Eine weitere Sonderform ist der sogenannte Stinkkalk: diese Kalksteine enthalten nicht nur organisches Material (sogenannter bituminöser Kalk, meist dunkelgrau bis schwarz) sondern zusätzlich auch noch beträchtliche Mengen an Schwefelwasserstoff.

Biologische Entstehungswege

Auf biologischem Weg enstehen Kalksteine aus Ablagerungen von Mikroorganismen oder Korallen im Meer, daneben können auch die Überreste von Muschelschalen oder Meeresschnecken zu Kalkgestein werden.

Kalk wird daneben auch von einigen Algen und Bakterien abgeschieden, meist in sehr großen Mengen, sodass sich daraus sogenannte Massenkalke mit sehr geringer Korngröße bilden. Der abgeschiedene Kalk und die kalkhaltigen Überreste von Lebewesen sinken zunächst zu Boden und bilden die sogenannten Kalkschlämme. Dieser Vorgang geschieht allerdings nur bis zu einer Meerestiefe von rund 5.000 m, liegt der Meeresgrund tiefer, können sich keine kalkigen Sedimente bilden.

Im Lauf der Zeit verfestigen sich die Kalkschlämme dann zu festem Gestein, es kommt zu einer weiteren Kristallisierung und zur Umwandlung von großen Mengen an Aragonit zu Calcit. Im Laufe der Verfestigung verändern sich die kalkigen Schlämme, die zuvor klar geschichtet abgelagert waren zu einer relativ homogenen Gesteinsformation.

Eine Sonderform der Enstehung weisen sogenannte Fossilkalke auf. Sie bestehen nicht aus den (relativ feinkörnigen) Ablagerungen kleinster Meeresbewohner, sondern aus den Überresten größerer Lebewesen, häufig enthalten sie auch größere Hohlräume und deutlich sichtbare Poren (z. B. Süßwasserkalke, Travertin oder Kalktuff). Dementsprechend unterscheidet man dann zwischen Muschelkalk, Molluskenkalk und Korallenkalk. Besonders Letztere sind bereits am Anfang recht fest gefügt, während reine Fossilienkalke einen deutlich längeren Verfestigungsprozess durchlaufen müssen.

Ein sehr eindrückliches Beispiel für die Entstehung von Kalkstein liefert dabei etwa der Solnhofener Plattenkalk, in den sich häufig sehr große Fossilien eingebettet finden (etwa vom Urvogel Archaeopteryx, aber auch sehr detailliert zu erkennende Pflanzenteile, Tierfeder oder Libellenflügel, die allesamt sehr häufig im Solnhofener Kalk zu finden sind).

Chemische Entstehungswege

In jeder Art von Wasser ist immer eine veränderliche Menge an Calciumhydrogencarbonat enthalten. Es bildet sich durch die Verwitterung von Kalkstein und befindet sich immer im Gleichgewicht mit dem im Wasser gelösten CO2, das sich in allen Wässern (sowohl Süß- als auch Salzwasser) als Kohlensäure löst. Im Wasser ist dabei immer nur so viel Calciumhydrogencarbonat löslich, wie CO2 vorhanden ist.

Überschüssige Kohlensäure im Wasser löst dabei weiteren Kalkstein, um das Gleichgewicht wiederherzustellen. Verdunstet das Wasser oder erhöht sich seine Temperatur, entweicht CO2 aus dem Wasser, das zuvor bestehende Gleichgewicht wird gestört und es kommt zum Ausfällen von unlöslichem Kalkstein. Der ausgefällte Kalk bildet dabei winzige Kristalle, die dann zu Boden sinken und dort wiederum Kalkschlämme bilden. Kommt es zur Karbonat-Abscheidung rund um einen Kristallisationskern, bilden sich sogenannte Oolithe (“Eiersteine”, “Erbsenstein”), die durch ihre typische Kügelschenstruktur deutlich zu erkennen sind.

Auf diese Weise entstehen nicht nur Kalksinter, sondern auch Gesteine wie Travertin oder Kalktuff. Auch der Entstehung von Konglomeraten (unterschiedliche Geröllgesteine, die durch ein Bindemittel zu einem neuen Gestein “verbacken” werden) liegt ein analoger Vorgang bei der Verfestigung des meist calcithaltigen Bindemittels zwischen den Gesteinen vor.

Den Prozess des Ausfällens von Calciumhydrogencarbonat kann man übrigens auch beim Entstehen von wasserunlöslichen Kalkablagerungen in allen Wassererwärmungsgeräten im Haushalt (z. B. Wasserkocher) beobachten.

Verwitterungsstrukturen

Kalkstein verwittert relativ schnell und leicht. Ein gutes Bild davon geben zerklüftete Karstlandschaften mit zahlreichen Hohlräumen und Höhlenbildungen im Untergrund. Auch der bekannte Tropfstein in Tropfsteinhöhlen hat mit der Verwitterung (und der Ausfällung von Kalk) zu tun, bei den Tropfsteinen handelt es sich dabei um Kalksinter.

Durch die hohe Verwitterungsanfälligkeit kommt es daneben auch häufig zu Frostsprengugen bei Kalkgesteinen, in kälteren und niederschlagsreichen Gegenden verwittert Kalkstein damit besonders schnell.

Verwendung von Kalkgestein

Wegen ihrer oft sehr hohen Dichtheit und feinen Körnigkeit sind viele Kalksteinsorten sehr gut zu verarbeiten. Sie sind daher auch als Naturstein sehr beliebt und werden häufig eingesetzt. Einige bekannte Beispiele dafür sind:

der Belgisch Granit
der Jura-Kalkstein
der Anröchter Stein (ein typisches, grüngefärbtes Kalkgestein)
der schon erwähnte Solnhofener Plattenkalk
der Blaustein aus Nordrhein-Westfalen (Aachener Blaustein)
der Albamiel aus Spanien
der in Großbritannien sehr weit verbreitete Burdale

Da Kalkgesteine auf dem gesamten Planeten sehr weit verbreitet sind (rund 15 % der Landfläche unserer Erde bestehen aus Kalkgestein) und entstehungsgeschichtlich überwiegend auf der nördlichen Hemisphäre vorkommen, ist die Zahl der genutzten Kalksteinsorten als Naturstein sehr groß. Auch in Deutschland gibt es zahlreiche Lagerstätten mit beträchtlichem Umfang. Kreide-Kalke finden sich dagegen überwiegend in Großbritannien bis nach Frankreich und die Ostsee in einer Gürtellnie quer durch Europa.

Neben der Verwendung als Naturstein ist Kalk auch ein wichtiger Rohstoff für die Industrie. Er wird zur Zementherstellung benötigt, aber auch zur Entschwefelung in der Industrie eingesetzt, in der Glasindustrie und bei der Metallverhüttung werden ebenfalls große Mengen an Kalkstein benötigt. In der Landwirtschaft wird vermahlener Kalkstein als Dünger eingesetzt.

Unterschiede zwischen Marmor und Kalkgestein

Marmorgestein wird gesteinstechnisch nicht zu den Kalkgesteinen gezählt. Der Grund dafür ist, dass es sich bei Kalkgesteinen um sogenanntes Sedimentgestein handelt, während Marmor ein Umwandlungsprodukt (Metamorphit) aus Kalkgestein, Dolomit oder anderen stark kalkhaltigen Gesteinsarten ist.

Zwar teilen Marmorgesteine zum Teil den Mineralbestand mit Kalkgesteinen (mindestens 50 % eines Marmors wird von Calcit und Aragonit gebildet) in diesem Prozentsatz können aber auch beträchtliche Mengen an Dolomit enthalten sein. Eine Zwischenform zwischen Kalkstein und Marmor bildet der sogenannte Meta-Kalkstein, der nur geringfügig umgewandelt wurde, bei den meisten Marmorgesteinen sind die Eigenschaften aber klar unterschiedlich.

Einige Eigenschaften, wie die typische Säureempfindlichkeit, die auf dem hohen Calcit-Gehalt beruhen, sind aber bei Marmor und bei Kalkgesteinen wiederum ähnlich.

Reinigung und Pflege von Kalksteinen

Säurehaltige Reiniger oder auch nur der Kontakt mit säurehaltigen Flüssigkeiten oder Stoffen (dazu gehört bereits Kohlensäure!) sind unbedingt zu vermeiden. Leicht alkalische oder neutrale Reinigungsmittel können angewendet werden, solange sie nicht stärker fettlösend sind. Wegen der Empfindlichkeit von Kalksteinen sollte aber immer auf geeignete Spezialreiniger aus dem Fachhandel zurückgegriffen werden, die speziell für Kalkstein ausgelegt sind. Das gilt auch für Pflegemittel.

Schichtbildende Mittel können problematisch sein und sollten besser nicht eingesetzt werden, häufig führt die Anwendung schnell zu schmierig wirkenden und stumpfen Oberflächen, besonders bei polierten Kalkstein-Varianten.

Eine Imprägnierung ist bei Kalkstein dringend zu empfehlen, sich macht den Stein deutlich weniger empfindlich und pflegeleichter. Besonders im Bad sollte man durch häufiges Trockenwischen darauf achten, dass sich keine Kalkflecken bilden, auch Urinflecken können auf kalkhaltigen Steinen große Probleme bereiten und durch die stattfindende chemische Reaktion sehr deutlich sichtbare, unschöne Flecken hinterlassen, die später kaum mehr zu entfernen sind.

Fazit

Wegen des sehr weit verbreiteten Vorkommens von Kalkstein und der bereits sehr frühen Nutzung in der Geschichte finden sich als Natursteine heute viele Kalkstein-Sorten im Handel. Besonders der klar erkennbare Fossilienbestand, wie beim Solnhofener Platten-Kalk, macht viele zu sehr gesuchten und schon lange beliebten Steinen.

Daneben ist Kalkgestein auch als Rohstoff in vielen Bereichen der Industrie und auch als Baumaterial heute kaum mehr wegzudenken. Für sehr viele unserer Alltagsprodukte (von Zement bis hin zu Glas) wird Kalkstein als Ausgangsmaterial benötigt.

Bei der Pflege von Kalkstein, der als Naturstein eingesetzt wird, sollte man dabei etwas Umsicht walten lassen und unter allen Umständen auf den Kontakt mit jeder Art von säurehaltigen Mitteln verzichten.