mini|Dachsteinkalk, eine Fazies der Nördlichen Kalkalpen mini|Gosaukalk. Poliert Stelle eines Steins im Gletschergarten in Haag i. OB mini|Kalkstein mit Einlagerung am kleinen Barmstein an der Grenze von Bayern zu Österreich
Als Kalkstein (von „Kalk“, Bezeichnung für kohlensauren Kalk, gebrannten Kalk und gelöschten KalkVgl. Helmut Gebelein: Das Element Feuer in Haushalt und Familie. In: Trude Ehlert (Hrsg.): Haushalt und Familie in Mittelalter und früher Neuzeit. Sigmaringen 1991, ISBN 978-3-7995-4156-5, S. 137–151, hier: S. 147.) werden Sedimentgesteine bezeichnet, die überwiegend aus dem chemischen Stoff Calciumcarbonat (CaCO3) in Form der Mineralien Calcit und Aragonit bestehen.
Kalkstein ist ein äußerst variables Gestein; dies betrifft sowohl seine Entstehung als auch seine Eigenschaften, das Aussehen und die wirtschaftliche Verwendbarkeit. Es gibt daher innerhalb der Geologie eine eigene Fachrichtung, die Karbonatsedimentologie, die sich ausschließlich mit der Entstehung und den Eigenschaften der verschiedenen Kalksteintypen befasst. Die meisten Kalksteine sind biogener Herkunft (von Lebewesen gebildet), es gibt aber auch chemisch ausgefällte und klastische Kalksteine.
Kalksteine besitzen eine enorme wirtschaftliche Bedeutung als Rohstoff für die Bauindustrie und als Naturwerkstein. Des Weiteren sind solche Lagerstätten Speichergestein für Erdöl und Erdgas.
Nicht zu den Kalksteinen im engeren Sinn werden Umwandlungsgesteine wie Marmor und magmatisches Gestein wie Calcitkarbonatit gezählt, obwohl diese ebenfalls zum überwiegenden Teil aus Calcit oder anderen Calciumcarbonaten bestehen.
Begriff mini|Die Seven Sisters an der südenglischen Kreideküste Der Begriff Kalkstein (von Kalk, über mittelhochdeutsch/althochdeutsch kalch, auch kalg, von lateinisch calxFriedrich Kluge, Alfred Götze: Etymologisches Wörterbuch der deutschen Sprache. 20. Auflage. Hrsg. von Walther Mitzka. De Gruyter, Berlin / New York 1967; Neudruck („21. unveränderte Auflage“) ebenda 1975, ISBN 3-11-005709-3, S. 342 (Kalk).) wird sowohl in der Umgangssprache als auch in der technischen und der wissenschaftlichen Fachsprache verwendet, aber mit unterschiedlichen Bedeutungen. Während man in der Wissenschaftssprache den Begriff relativ umfassend verwendet und außer den stark verfestigten Kalksteinen auch relativ mürbe Gesteine wie die Kreide den Kalksteinen zurechnet, ist der Begriff in der Baustoffindustrie eher auf stark verfestigte Kalke eingeschränkt. Weiterhin bezeichnet man im Steinmetz- und Steinbildhauerhandwerk und in der Naturwerksteinindustrie polierfähige Kalksteine oft als „Marmor“, obwohl sie im geologischen Sinne keine Marmore sind. Marmor ist in den Geowissenschaften ein metamorphes Gestein.
mini|Stinkkalk (Zechstein, Marsberg)
Zusammensetzung
Kalkstein besteht überwiegend aus den Mineralen Calcit und Aragonit, zwei Kristallisationsformen von Calciumcarbonat (kohlensaures Calcium CaCO3). In unterschiedlichen Anteilen können andere Minerale wie Tonminerale, Dolomit (CaMg(CO3)2), Quarz oder Gips beteiligt sein. Überwiegt der Dolomitanteil, so spricht man von Dolomitstein. Besitzt der Kalkstein einen relativ hohen Anteil an Tonmineralen, so bezeichnet man ihn als Mergel. Kalkstein kann bis zu mehreren Prozent organische Substanz enthalten und wird bituminöser Kalk (bei Vorhandensein von Schwefelwasserstoff auch Stinkkalk) genannt.
Eigenschaften Kalkstein ist typisch hell, weiß bis ocker-farbig, je nach Gehalt an Mangan-, Eisenoxiden und anderen farbigen Mineralien. Mit Härte nach Mohs = 3 ist Kalkgestein relativ weich. Die Dichte von dichtem (= nicht porösem) Kalkstein ist 2,6 – 2,9 kg/dm3.Kalkstein Mineralien-Steckbrief steine-und-minerale.de, abgerufen am 10. Oktober 2018.
Entstehung von Kalkstein Kalksteine können innerhalb der Sedimentgesteine mehreren Typen angehören. Kalkstein erodiert, wird abgetragen, transportiert und an anderer Stelle als klastisches Sediment wieder abgelagert. Kalkstein kann ebenso auch durch chemische Prozesse (die wiederum von Lebewesen beeinflusst werden können) aus dem Wasser ausgefällt werden.
Der überwiegende Teil der Kalksteine ist aber biogenen Ursprungs, das heißt, er wurde von Lebewesen gebildet und abgelagert.
Biogener Kalkstein mini|Kalkstein aus dem Devon
Bei biogener Herkunft wird Kalkstein meistens von Mikroorganismen oder Steinkorallen abgelagert. Untergeordnet findet man auch Kalksteine, die zum überwiegenden Teil aus Schnecken, Muscheln oder Schwämmen bestehen. In jedem Fall besteht das Gestein aus Calciumcarbonat, welches Bestandteil der Lebewesen war und zum Aufbau von Außen- oder Innenskeletten abgeschieden wurde.
Von Mikroorganismen abgelagerter Kalkstein Von Mikroorganismen abgelagerte Kalksteine sind für gewöhnlich feine, mikrokristalline Sedimentgesteine wie Kreide, die durch Ablagerung von Schalen fossiler Kleinstlebewesen, vor allem Coccolithen der Coccolithophoriden und Schalen der Foraminiferen, entstanden sind. Auch kalkabscheidende Algen und Bakterien (Stromatolithen) können gesteinsbildend sein. Man findet im Gestein aber auch unmittelbar aus dem Meerwasser ausgefällten Calcit. Mehr oder weniger häufig und oft an eng begrenzte Lagen gebunden, finden sich mit bloßem Auge erkennbare Makrofossilien, die damit Übergangsstufen zu den Fossilkalken anzeigen. Bilden sich keine geschichteten Bank- oder Plattenkalke, spricht man von Massenkalk.
Das Gestein entsteht, wenn nach dem Tod der Lebewesen die Schalen zu Boden sinken und zunächst sogenannte Kalkschlämme bilden. Kalkschlämme können sich im offenen Ozean jedoch nur bis zu einer bestimmten Tiefe bilden. Unterhalb der sogenannten Carbonatkompensationslinie wird aufgrund des Wasserdruckes das Calciumcarbonat vollständig gelöst, so dass die Sedimente unterhalb dieser Linie stets carbonatfrei sind. Die Tiefe der Carbonatkompensationslinie schwankt; sie liegt in den Tropen zwischen 4500 und 5000 Meter Wassertiefe.
Durch die Diagenese der Schlämme entsteht fester Kalkstein. Während der Verfestigung bilden sich neue Calcitkristalle. Dabei wird der größte Teil des ursprünglich vorhandenen Aragonits in Calcit umgewandelt. So können Hohlräume mit später (sekundär) gebildeten Kristallen ausgefüllt oder durch starke Umkristallisierung die bestehenden Sedimentstrukturen mehr oder weniger vollständig verwischt werden.
Kreide ist ein weicher heller Kalkstein mit sehr feinkörniger Matrix aus Coccolithen, Foraminiferen, calcitischen Dinoflagellatenzysten (Calcisphären) und amorphem Kalkschlamm mit großer Porosität, welche aber im Gegensatz zum Travertin optisch nur an der matten Oberfläche sowie am Saugverhalten zu erkennen ist. Im Süßwasser entstandene Kreide wird als Seekreide bezeichnet.
Lagern sich silikatische Sedimente wie Tonminerale und Schluff zugleich mit dem Calciumcarbonat ab, entsteht Mergel.
Fossilkalke mini|Adneter Marmor, Riffkalk mit Korallenstock, Österreich Fossilkalke sind Gesteine oder Lagen innerhalb von sonst massigen Kalksteinen, die zum überwiegenden Teil aus mit bloßem Auge sichtbaren Fossilien bestehen. Weltweit am häufigsten sind Korallenkalke, da durch das Wachstum von Korallenriffen und ihrem Zerfall bedeutende Gesteinsmächtigkeiten entstehen können. Andere, häufig zu findende Fossilkalke benennt man nach den überwiegenden Gesteinsbildnern Molluskenkalk, Foraminiferenkalk (auch Nummulitenkalk), Brachiopodenkalk, Bryozoenkalk, Goniatitenkalk, Crinoidenkalk und anderen. Nulliporenkalk entsteht durch kalkabscheidende, mehrzellige Algen. Gesteine mit Schalenresten abgestorbener Tiere bezeichnet man mitunter als Muschelkalk, obwohl darin nicht nur Vertreter der Muscheln enthalten sein können. Wenn die Strukturen sehr deutlich sichtbar sind, ist die Bezeichnung Schillkalkstein (Schill) üblich.
Bei den im Kalkstein erhaltenen Fossilien wird zwischen Lebensgemeinschaften und Grabgemeinschaften unterschieden. Lebensgemeinschaften repräsentieren die an Ort und Stelle vorkommenden Organismen und werden unmittelbar nach ihrem Tod in das Sediment eingebettet oder sind als bodenbewohnende Lebewesen bereits eingebettet. Grabgemeinschaften werden durch Strömungen und andere Transportmechanismen verfrachtet und an bestimmten Stellen (z. B. im Stromschatten) wieder abgelagert. Die darin enthaltenen Lebewesen stammen oft nicht aus einem gemeinsamen Biotop.
Während Korallen- und andere Riffkalke recht festen Kalkstein bilden, durchlaufen die anderen Fossilkalke zunächst eine diagenetische Verfestigung ähnlich den oben erläuterten Massenkalken. Durch nachträgliche Umkristallisierungen in vorhandenen Hohlräumen können sich alle Fossilkalke, auch die Riffkalke, deutlich verändern.
Chemisch und biogen ausgefällter Kalkstein mini|Kalksinterablagerung aus einem römischen Aquädukt; gut erkennbar ist die unterschiedlich starke, aber dichte Sinterschichtung (Durchschnitt 1 mm/Jahr). Natürlich vorkommendes Meer- und Süßwasser enthält immer mehr oder weniger viel Calciumhydrogencarbonat, das mit Calciumcarbonat, Kohlendioxid und Wasser in einem chemischen Gleichgewicht steht. Bei einer Aufkonzentration durch Verdunstung kommt es zur Ausfällung von Calciumcarbonat. Kalksteine können so Teil einer Evaporitserie sein.
Innerhalb der Eindampfungsfolge wird Kalkstein wegen der vergleichsweise geringen Löslichkeit des Calciumcarbonats als erstes abgeschieden und tritt an der Basis der Gesteinsserie auf. Im Weiteren folgen meist Gips und die leicht löslichen Salzgesteine wie Steinsalz. Im Meer können Calcitkristalle nur in den obersten 200 m abgeschieden werden, da in größeren Tiefen durch den zunehmenden Wasserdruck die Löslichkeit für Kohlendioxid zunimmt und sich das chemische Gleichgewicht hin zum gut löslichen Calciumhydrogencarbonat verschiebt. Calcit-Kristalle können aber bis zur Carbonatkompensationslinie absinken.
Der Fällungsprozess des Calciumcarbonats kann ohne Beteiligung von Lebewesen ablaufen, wird aber meist durch die Aktivität von Lebewesen wie Algen und im Süßwasser auch Moosen unterstützt. Die Photosynthese der Pflanzen verbraucht das Kohlendioxid im Wasser, wodurch sich das chemische Gleichgewicht zum Calciumcarbonat verschiebt, das als Calcit aus der Lösung ausfällt.
Die Fällung des Calcits geschieht sowohl innerhalb der Wassersäule als auch am Grunde von Gewässern direkt auf den Untergrund. Im ersten Fall bilden sich im Wasserkörper mikroskopisch kleine Kristalle, die zu Boden sinken. Die Diagenese der so entstandenen Kalkschlämme führt zu einem festen Kalkstein. Im zweiten Fall wachsen die Calcitkristalle direkt auf andere Kristalle am Gewässergrund auf, so dass die Gesteinsbildung auch in Fließgewässern möglich ist. Dieser Mechanismus ist für die Entstehung von Travertin und Kalktuff typisch.
Zu den chemisch ausgefällten Kalksteinen zählen auch die kalkigen Oolithe, bei denen die Carbonatabscheidung konzentrisch um Kristallisationskeime herum erfolgte.
Klastische Kalksteine mini|Kalkkonglomerat („Untersberger Marmor“) mini|Riffschutt-Kalkstein mini|Nahaufnahme von Marès, ein Kalkarenit von der Insel Mallorca Klastische Sedimentgesteine können unter bestimmten Bedingungen fast vollständig aus Calciumcarbonat bestehen und werden dann als Kalkstein bezeichnet. Jedoch gehören sie in eine der Kategorien der klastischen Sedimente. Aufgrund der geringen mechanischen und chemischen Widerständigkeit der Körner werden diese meist nur über kurze Entfernungen transportiert und abgelagert. Oft verbleiben nur die gröberen Sedimentpartikel.
Anschaulich sind sogenannte Riffhangbrekzien, bei denen sich am Fuße eines Korallenriffes abgebrochenes, meist eckiger Riffschutt ansammelt. Nach der Korngrößenabstufung und der Form der Bioklasten handelt es sich dabei eher um eine Brekzie (Kalkbrekzie).
Ein besonderer Fall ist der Kalkarenit, in dem fossile Bruchstücke mit Bruchstücken anderer Kalkgesteine vermischt sind, die in marinen Flachwasserzonen entstanden. In manchen Fällen bindet eine noch feinkörnigere mikritische Masse die Klasten.