Limestone

Wapień Solnhofer
Wapień Solnhofer

Wapień jest typowym sedymentitem, czyli skałą osadową. Powstaje on z różnych form osadów, które z czasem ulegają kompresji i zestaleniu.

W zdecydowanej większości przypadków osady te są wapiennymi szczątkami organizmów żywych (np. muszle lub wapienne egzoszkielety planktonu). Tylko w nielicznych przypadkach wapno jest wytrącane w procesach chemicznych, a następnie osadzane. Do momentu ostatecznego osadzenia osady mogą być również w niektórych przypadkach transportowane na krótsze odległości (tzw. wapienie klastyczne).

W sensie geologicznym wapienie to wszystkie kamienie, które składają się głównie z węglanu wapnia (CaCO3). Wyjątkiem jest tu marmur, który jest również rodzajem wapienia, posiadającym wiele typowych właściwości klasycznych wapieni, ale jest skałą metamorficzną. Istnieją również inne (drobne) różnice pomiędzy wapieniem a marmurem.

Wapień jest obecnie najważniejszym rodzajem kamienia, zarówno w dziedzinie materiałów budowlanych, jak i w dziedzinie kamienia naturalnego. Ponadto w przyrodzie są one również ważne jako skały zbiornikowe, w których można znaleźć znaczne złoża ropy naftowej i gazu ziemnego.

Skład wapienia

W zależności od rodzaju pochodzenia, skład w szczegółach może się nieznacznie różnić. Wapienie składają się jednak zawsze w przeważającej części z węglanu wapnia w postaci kalcytu (calcite) i aragonitu.

Jako skały osadowe, wapienie mogą również zawierać minerały ilaste, kwarc, gips i dolomit (minerał) w różnych proporcjach. Wapienie zawierające w szczególności minerały ilaste nazywane są marglami, natomiast wapienie zawierające w szczególności dolomit często określane są mianem “kamienia dolomitowego”.

Dodatki minerałów barwiących mogą znacząco wpłynąć na kolorystykę wapieni (np. tlenki żelaza). Na ogół jednak (bez domieszek minerałów barwiących lub jako wapienie niebitumiczne) mają one stosunkowo jasną barwę, zwykle jasnoszarą do (lekko) szarożółtej.

Inną szczególną formą jest tzw. wapno cuchnące: wapienie te zawierają nie tylko materiał organiczny (tzw. wapno bitumiczne, zwykle ciemnoszare do czarnego), ale także znaczne ilości siarkowodoru.

Ścieżki biologiczne

Biologicznie, wapienie powstają z osadów mikroorganizmów lub koralowców w morzu, ale szczątki muszli małży lub ślimaków morskich również mogą stać się wapieniem.

Wapno jest również osadzane przez niektóre algi i bakterie, zazwyczaj w bardzo dużych ilościach, tak że powstają tzw. wapna masowe o bardzo małej ziarnistości. Osadzone wapno i wapienne szczątki organizmów żywych opadają najpierw na dno i tworzą tzw. szlam wapienny. Proces ten zachodzi jednak tylko do głębokości ok. 5.000 m; jeśli dno morskie znajduje się głębiej, nie może dojść do powstania osadów wapiennych.

Z czasem zawiesina wapienna zestala się w litą skałę, następuje dalsza krystalizacja i duże ilości aragonitu przekształcają się w kalcyt. W trakcie krzepnięcia mułki wapienne, które wcześniej zalegały w wyraźnych warstwach, zmieniają się w stosunkowo jednorodną formację skalną.

Tak zwane wapienie kopalne wykazują szczególną formę formowania się. Nie składają się one z (stosunkowo drobnoziarnistych) osadów najmniejszych organizmów morskich, lecz ze szczątków większych organizmów; często zawierają też większe zagłębienia i wyraźnie widoczne pory (np. słodkowodne wapienie, trawertyny lub tufy wapienne). W związku z tym rozróżnia się wapień muszlowy, wapień z mięczaków i wapień koralowy. Zwłaszcza te ostatnie są już na początku dość mocno związane, podczas gdy czyste wapienie kopalne muszą przejść przez znacznie dłuższy proces krzepnięcia.

Bardzo efektownym przykładem powstawania wapieni jest Solnhofener Plattenkalk, w którym często znajdowane są bardzo duże skamieniałości (np. prehistorycznego ptaka Archaeopteryx, ale także bardzo szczegółowe części roślin, pióra zwierząt lub skrzydła ważek, które bardzo często można znaleźć w wapieniach Solnhofen).

Ścieżki chemiczne

W każdym rodzaju wody zawsze znajduje się zmienna ilość wodorowęglanu wapnia. Powstaje w wyniku wietrzenia wapienia i zawsze jest w równowadze z CO2 rozpuszczonym w wodzie, który rozpuszcza się we wszystkich wodach (zarówno słodkich, jak i słonych) jako kwas węglowy. Tylko tyle wodorowęglanu wapnia jest rozpuszczalne w wodzie, ile CO2 jest w niej obecne.

Nadmiar kwasu węglowego w wodzie rozpuszcza kolejne wapienie, aby przywrócić równowagę. Jeśli woda wyparuje lub jej temperatura wzrośnie, CO2 wydostanie się z wody, istniejąca wcześniej równowaga zostanie zakłócona i wytrąci się nierozpuszczalny kamień wapienny. Wytrącone wapno tworzy drobne kryształki, które następnie opadają na dno i tworzą zawiesinę wapienną. Jeśli osadzanie węglanów zachodzi wokół jądra krystalizacji, powstają tak zwane oolity (“kamienie jajeczne”, “kamienie grochowe”), które są wyraźnie rozpoznawalne dzięki typowej strukturze kulistej.

W ten sposób powstają nie tylko spieki wapienne, ale również skały takie jak trawertyn czy tuf wapienny. Tworzenie się zlepieńców (różnych głazów, które są “oblepione” spoiwem tworząc nową skałę) również przebiega w analogiczny sposób, polegający na zestalaniu się zawierającego przeważnie kalcyt spoiwa pomiędzy skałami.

Nawiasem mówiąc, proces wytrącania się wodorowęglanu wapnia można zaobserwować również przy tworzeniu się nierozpuszczalnych w wodzie osadów wapiennych we wszystkich domowych urządzeniach do podgrzewania wody (np. czajnikach).

Struktury wietrzeniowe

Wapień stosunkowo szybko i łatwo się starzeje. Dobrym tego przykładem są surowe krajobrazy krasowe z licznymi zagłębieniami i formacjami jaskiniowymi pod ziemią. Również znany stalaktyt w jaskiniach naciekowych ma związek z wietrzeniem (i wytrącaniem się wapna), w przypadku stalaktytów jest to spiek wapienny.

Ze względu na dużą podatność na wpływy atmosferyczne, wapień jest również często narażony na zjawisko fali mrozowej, co oznacza, że w zimniejszych regionach o dużej ilości opadów atmosferycznych wapień ulega szczególnie szybkiemu starzeniu.

Stosowanie wapienia

Ze względu na ich często bardzo dużą gęstość i drobną ziarnistość, wiele rodzajów wapieni jest bardzo łatwych w obróbce. Dlatego są one również bardzo popularne jako kamień naturalny i są często stosowane. Niektóre znane przykłady obejmują:

  • belgijski granit
  • wapienie jurajskie
  • Anröchter Stein (typowy wapień o zielonej barwie)
  • wspomniana już Solnhofener Plattenkalk
  • Blaustein z Nadrenii Północnej-Westfalii (Aachener Blaustein)
  • Albamiel z Hiszpanii
  • Burdale, który jest bardzo rozpowszechniony w Wielkiej Brytanii.

Ponieważ wapienie są bardzo rozpowszechnione na całej planecie (około 15 % powierzchni lądowej Ziemi składa się z wapieni) i występują głównie na półkuli północnej, liczba rodzajów wapieni stosowanych jako kamień naturalny jest bardzo duża. Liczne złoża o znacznych rozmiarach znajdują się również w Niemczech. Z kolei wapienie kredowe występują głównie w Wielkiej Brytanii aż po północną Francję oraz nad Morzem Bałtyckim w pasie ciągnącym się przez całą Europę.

Oprócz zastosowania jako kamień naturalny, wapno jest również ważnym surowcem dla przemysłu. Jest on potrzebny do produkcji cementu, ale także do odsiarczania w przemyśle; duże ilości wapienia są także potrzebne w przemyśle szklarskim i przy wytopie metali. W rolnictwie mielony kamień wapienny jest stosowany jako nawóz.

Różnice między marmurem a wapieniem

Skała marmurowa nie jest zaliczana do wapieni pod względem składu chemicznego skał. Wynika to z faktu, że wapień jest tzw. skałą osadową, natomiast marmur jest produktem przeobrażenia (metamorfitem) wapienia, dolomitu lub innych silnie wapiennych skał.

To prawda, że skały marmurowe częściowo dzielą zawartość minerałów z wapieniami (co najmniej 50 % marmuru tworzy kalcyt i aragonit), ale w tym procencie mogą znajdować się również znaczne ilości dolomitu. Formą pośrednią między wapieniem a marmurem jest tak zwany meta-limestone, który został tylko nieznacznie zmieniony, ale właściwości większości kamieni marmurowych są wyraźnie różne.

Jednak niektóre właściwości, takie jak typowa wrażliwość na kwasy, która wynika z wysokiej zawartości kalcytu, są podobne w marmurze i wapieniu.

Czyszczenie i pielęgnacja wapieni

Za wszelką cenę należy unikać kwaśnych środków czyszczących, a nawet samego kontaktu z kwaśnymi cieczami lub substancjami (do takich należy już kwas węglowy!). Można stosować detergenty lekko alkaliczne lub neutralne, o ile nie rozpuszczają one tłuszczu w większym stopniu. Ze względu na wrażliwość kamienia wapiennego należy jednak zawsze stosować odpowiednie, specjalne środki czyszczące, pochodzące od wyspecjalizowanych sprzedawców, przeznaczone specjalnie do kamienia wapiennego. Dotyczy to również produktów do pielęgnacji.

Środki powlekające mogą być problematyczne i lepiej ich nie stosować, często ich zastosowanie szybko prowadzi do rozmazania i zmatowienia powierzchni, szczególnie w przypadku polerowanych odmian wapienia.

Impregnacja jest bardzo zalecana w przypadku kamienia wapiennego, dzięki niej kamień jest znacznie mniej wrażliwy i łatwiejszy w utrzymaniu. Szczególnie w łazience należy zadbać o to, aby poprzez częste wycieranie na sucho nie powstawały plamy wapienne, również plamy z moczu mogą powodować duże problemy na kamieniach zawierających wapno i pozostawiają bardzo widoczne, nieestetyczne plamy z powodu zachodzącej reakcji chemicznej, które później trudno usunąć.

Wniosek

Ze względu na bardzo powszechne występowanie wapienia i jego bardzo wczesne zastosowanie w historii, wiele rodzajów wapienia można dziś znaleźć w handlu jako kamienie naturalne. Szczególnie wyraźnie rozpoznawalne zasoby skamieniałości, jak w przypadku wapieni płytowych z Solnhofen, sprawiają, że wiele z nich jest bardzo poszukiwanymi kamieniami, które cieszą się popularnością już od dłuższego czasu.

Ponadto wapień jest również wykorzystywany jako surowiec w wielu dziedzinach przemysłu oraz jako materiał budowlany. Do produkcji bardzo wielu naszych produktów codziennego użytku (od cementu po szkło) wapień jest niezbędny jako surowiec.

Przy pielęgnacji wapienia, który jest stosowany jako kamień naturalny, należy zachować pewną ostrożność i pod żadnym pozorem nie dopuszczać do kontaktu z jakimikolwiek środkami kwaśnymi.