Calciumcarbonat, ein vielseitiger Stoff

Calciumcarbonat, ein vielseitiger Stoff

Wenn der Chemiker vom Stoff Calciumcarbonat spricht, meint er ein weißes Pulver, das sich in einer Chemikalienflasche befindet. Doch gerade dieses Beispiel zeigt, dass der Stoffbegriff nicht so leicht definierbar ist, denn der „Stoff Calciumcarbonat“ begegnet uns in der Natur in vielen Variationen:

Versteinerter Ammonit auf Kalkstein

Kalkstein ist durch sedimentäre Ablagerung im Meer gebildetes Calciumcarbonat. Manche Kalksteine, zum Beispiel die im Weißen Jura, sind relativ rein. Andere sind durch geringe Mengen organischer Substanzen wie Bitumen dunkel gefärbt, zum Beispiel im Schwarzen Jura. Die Kalksteine der Schwäbischen Alb und auch im Schweizer Jura sind reich an Versteinerungen. Kalkstein war schon im Altertum ein wichtiges Baumaterial, die Cheops-Pyramide ist daraus gebaut.

Calcit ist die chemisch stabilste Form des Calciumcarbonats und bildet farblose oder durch Fremdeinschlüsse gefärbte Kristalle, die nach dem trigonalen System kristallisieren und in vielen Formen und Kombinationen auftreten. Calcite sind sehr gut spaltbar und spalten sich nach dem Rhomboeder. Die meisten Kalksteine oder Marmore enthalten kleinste Kristalle von Calcit. Sie bilden sich in Hohlräumen, Spalten, Klüften und Höhlen, die von hartem Wasser durchflossen werden.

Aragonit ist im chemischen Aufbau dem Calcit sehr ähnlich aber nicht so beständig und kommt darum in der Natur nicht gesteinsbildend vor. Das Mineral bildet in reiner Form farblose bis weiße Kristalle, die nach dem orthorhombischen System kristallisieren. Ein Aragonit ist schlecht spaltbar, er unterscheidet sich dadurch vom Calcit.

Vaterit ist neben dem Calcit und dem Aragonit die dritte natürlich vorkommende Modifikation des Calciumcarbonats. Das Mineral weist die gleiche Härte wie ein Calcit auf. Es bildet flache Prismen im hexagonalen System. Die Kristalle sind meistens sehr klein und erreichen nur wenige Millimeter.

Dolomit enthält Calcium-Magnesium-Carbonat und zählt daher eigentlich nicht zu den Mineralen, die aus Calciumcarbonat aufgebaut sind. Das Mineral bildet wasserklare oder durchscheinende Kristalle, die gut spaltbar sind. Sie kristallisieren wie Calcit nach dem trigonalen System, jedoch kommen keine skalenoedrischen Formen vor. Ein Dolomit kann mit Hilfe der Salzsäureprobe von einem Aragonit und einem Calcit unterschieden werden kann: Mit verdünnter Salzsäure entwickelt sich kein Kohlenstoffdioxid, erst beim Erwärmen lässt sich das typische Sprudeln beobachten. Die Dolomiten als Dolomit-Gebirge entstanden wie die Kalk-Gebirge sedimentär am Meeresboden, aber unter Beteiligung der im Meerwasser gelösten Magnesium-Ionen.

Sellagruppe in den Dolomiten

Kreide nennt man die in der Kreidezeit aus den Schalen von Kleinstlebewesen gebildeten weißen Kalke, die im Gegensatz zum Kalkstein stark abfärben und daher als Pigmente verwendet werden. Kreidevorkommen finden sich in Rügen, in Jütland/Dänemark oder in der Champagne/Frankreich. Kreide wird zur Herstellung von Malkreide und als weißes Pigment verwendet.

Kreidefelsen auf Rügen im Jahr 2001

Tropfsteine kommen in den Höhlen der Kalkgebirge vor. Die zapfenartig von der Decke wachsenden Tropfsteine nennt man Stalaktiten, die vom Boden wachsenden Stalagmiten. Zum Beginn des Wachstums bilden sich feine Sinterröhrchen von der Decke, die im Laufe der Zeit zu Stalaktiten auswachsen. Tropfsteine werden durch den langsamen Zerfall des im Sickerwasser gelösten Calciumhydrogencarbonats gebildet. Sie können aus Calcit oder aber auch aus Aragonit bestehen, meistens enthalten sie jedoch ein Gemisch beider Mineralien. In Tropfsteinhöhlen kann man alle Variationen des Tropfsteines besichtigen.

Zuerst entsteht ein Sinterröhrchen, an dem sich dann der Stalaktit bildet.

Kalksinter entsteht, wenn hartes Wasser aus dem Untergrund zutage tritt. Das gelöste Calciumhydrogencarbonat wandelt sich zu Kohlenstoffdioxid und zu Kalk um, der dann treppenstufig angeordnete Terrassen und tropfsteinartige Gebilde um die Quelle herum bildet. Die berühmten Kalksinter-Terrassen von Pamukkale in der Südwest-Türkei sind bis zu 80 Meter hoch. Der Name Pamukkale bedeutet soviel wie "Watteschloss". Ebenfalls berühmt sind die Kalksinter-Terrassen in der Nähe des Ortes Mammoth Hot Springs im Yellowstone Nationalpark in den USA. Das Vogelnest ist bei einer Quelle in das Wasser gefallen und durch das kalkhaltige Wasser versintert. Das Stück befindet sich im Naturhistorischen Museum zu Bern.

Versintertes Vogelnest

In Wasserleitungen kann sich ebenfalls Kalksinter bilden, wenn kalkhaltiges Wasser längere Zeit ungenutzt in den Rohren stehen bleibt oder wenn es in heißen Rohren von Kaffeemaschinen erhitzt wird. Kaffeemaschinen oder Bügeleisen müssen öfters entkalkt werden, da sonst die Rohre immer mehr durch den gebildeten Kalksinter verstopft werden.

Verkalkter Tauchsieder

Travertin ist ein sehr fester Kalkstein, der sich durch Sedimentation aus kalkreichem Süßwasser gebildet hat. Der Travertin von Tivoli (Tibur) nahe bei Rom wurde zum Bau des römischen Kolosseums und des Petersdomes verwendet.

Lampe mit Travertinfuß

Das Gestein Marmor bildet sich nicht sedimentär sondern metamorph. Es entsteht, wenn sedimentär entstandener Kalkstein unter hohem Druck wieder in die Erdkruste hineingeschoben und dort bei hohen Temperaturen in einer Metamorphose umgewandelt wird. Der Kalkstein wird dabei grobkörniger und dichter. Dies ermöglicht die Polierfähigkeit der Marmore. Das berühmteste Marmorvorkommen der Erde bei Carrara in Italien diente schon den Römern als Baumaterial.