Кальцитовые плоты
Кристаллы кальцита образуются на поверхности спокойных водоемов, даже если основная масса воды не пересыщена по отношению к карбонату кальция . Кристаллы растут, прикрепляются друг к другу и кажутся плавающими плотами белого непрозрачного материала. Плавающие материалы получили название кальцитовых плотов или «пятен леопарда».
Химия
[ редактировать ]Известно, что карбонат кальция выпадает в осадок в виде кристаллов кальцита в воде, пересыщенной кальция и карбоната ионами . В условиях покоя кристаллы кальцита могут образовываться на поверхности воды, когда перенасыщения в объеме воды не существует условий карбонатом кальция. Вода испаряется с поверхности, а углекислый газ дегазируется из поверхностного слоя, образуя тонкий слой воды с высоким pH и концентрацией ионов кальция и карбоната, намного превышающей концентрацию насыщения карбоната кальция. Кристаллы кальцита осаждаются в этой высоко локализованной среде и прикрепляются друг к другу, образуя плоты белого материала. [ 1 ]
Сканирующие электронные микрофотографии плотов кальцита показывают взаимосвязанные кристаллы кальцита, образовавшиеся вокруг отверстий на поверхности плота. Отверстия могут быть вызваны пузырьками воздуха или другими посторонними предметами на поверхности воды. [ 2 ] На микрофотографиях кальцитовых плотов видна кружевообразная структура. Поверхностное натяжение воды удерживает связанные между собой кристаллы кальцита, каждый из которых имеет удельный вес 2,7, плавающими на поверхности воды.
Формирование пещер и речной системы
[ редактировать ]Кальцитовые плоты чаще всего образуются в известняковых пещерных системах. Известняковые пещеры обеспечивают благоприятную окружающую среду из-за небольшого движения воздуха и воды, содержащей значительные концентрации ионов кальция и карбоната. Следы существования кальцитовых плотов были найдены в известняковых пещерах по всему миру. [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]
одном примере образования кальцитового плота в речной системе с родниковым питанием. Сообщается об [ 1 ]
Резервуар для питьевой воды
[ редактировать ]В 2005 году водный район долины Карпинтерия в Карпинтерии, Калифорния , выразил обеспокоенность качеством воды , когда «пятна леопарда» составляли примерно 5–10 см. в диаметре появился на поверхности воды под вновь построенной алюминиевой крышкой резервуара. Плавающий материал не наблюдался, когда резервуар (13 миллионов галлонов) был открыт в атмосферу. Высказанная обеспокоенность заключалась в том, что на поверхности воды образовывался потенциально токсичный металлический осадок из-за конденсата, капающего с металлического покрытия. [ 6 ] [ 7 ]
Анализ воды показал, что вода в резервуаре была насыщена карбонатом кальция, но кристаллы кальцита в объеме раствора не образовывались. Рентгеноструктурный анализ показал, что плавающий твердый материал содержал более 97 процентов кальцита. Сканирующие электронные микрофотографии подтвердили, что форма кристаллического материала была ромбоэдрической, что соответствует образованию кристаллов кальцита. [ 6 ] [ 7 ]
Хотя плавающий материал не был токсичным, было рекомендовано вызвать движение поверхности воды, чтобы избежать состояния покоя, что устранило бы основное условие для образования кальцитового плота. [ 6 ] [ 7 ]
Капли фильтрата из бетона
[ редактировать ]Плоты микрокальцита наблюдались на сталактитов каплях раствора (натриевой соломы), подвешенных под бетонными конструкциями. Эти вторичные отложения, образующиеся за пределами пещер , известны как кальтемиты . [ 8 ] Они изготавливаются из бетона , извести или строительного раствора и имитируют формы образований, созданных в пещерах. [ 9 ] [ 8 ]
Микроплоты, которые образуются на поверхности капель гиперщелочного раствора фильтрата , обычно имеют размер около 0,5 мм, если они видны невооруженным глазом, и появляются на поверхности капель после того, как они находились в подвешенном состоянии более ≈5 минут. [ 8 ] Химическая реакция, которая создает плоты, включает в себя углекислого газа (CO 2 поглощение (диффузию) ) в раствор из атмосферы, а карбонат кальция (CaCO 3 ) осаждается в виде плотов или откладывается в виде сталагмита , сталактита или плавучего камня . [ 9 ] Эта химия сильно отличается от той, которая создает образования в пещерах.
Внутренние импульсы воды из соломинки (в каплю) и движение воздуха вокруг взвешенной капли раствора могут привести к быстрому вращению плотов вокруг поверхности капли. [ 10 ] [ 11 ] [ 8 ] Если вокруг подвешенной капли почти нет движения воздуха, то примерно через 12 минут и более микроплоты могут соединиться и образовать решетчатую структуру, покрывающую всю поверхность капли. [ 8 ] Если капля раствора слишком долго висит на соломинке (≈ >30 минут), она может полностью кальцинироваться и заблокировать кончик кальтемитовой соломинки. [ 8 ]
Галерея
[ редактировать ]-
Решетчатая конструкция или кальцитовые плоты на сталактитовой капле из кальтемитовой (содовой) соломы. -
Кальцитовые плоты в пещерах Картчнер , Аризона. -
Деталь кальцитовых плотов на поверхности воды в водохранилище Карпинтерия -
Схема пещерных сооружений из капельного камня (кальцитовые плоты, отмеченные буквой Y) -
Водохранилище Карпинтерия с жесткой алюминиевой крышкой -
Изображение BSE-SEM с увеличением в 89 раз, показывающее верхние части плотов кальцита (плоские поверхности) и нижние кристаллы, растущие под ними.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Тейлор, П.М., Дрисдейл, Р.Н. и Картью, К.Д. (2004). «Формирование и экологическое значение кальцитовых плотов в тропических реках северной Австралии, отлагающих туф». Седиментология. 51:5 Октябрь. 1089.
- ^ Jump up to: а б Тейлор, П.М. и Чафец, Х.С. (2004). «Плавающие плоты кристаллов кальцита в пещерных прудах, Центральный Техас, США». Жур. Осадочные рез. 74:3 328–41.
- ^ Дэвис, Дональд Г. (2000). «Необычайные особенности пещеры Лечугилья, горы Гуадалупе, Нью-Мексико». Жур. Пещерные и карстовые исследования. 62:2 147–57.
- ^ ван Хенгстум, П.Дж. и др. (2011). «Уровень моря контролирует отложения и окружающую среду в прибрежных пещерах и воронках». Морская геология. 286: 35–50.
- ^ Юхас Э., Корпас Л. и Балог А. (1995). «200 миллионов лет истории карста, Даксейн Лимесон, Венгрия». Седиментология. 42:3 473–89.
- ^ Jump up to: а б с МакГуайр, М.Дж., Блют, Н.К., Гамильтон, К., и Брабандер, диджей (2005). «Почему на моем крытом водоеме плавают пятна леопарда». представлен на осенней конференции, секция Калифорнии, Невада, Американская ассоциация водопроводных сетей, Рино, Невада, 10–14 октября.
- ^ Jump up to: а б с МакГуайр, М.Дж., Блют, Н.К., Гамильтон, К., и Брабандер, DJ (2006). «Образование плавающих кальцитовых плотов в резервуаре с питьевой водой». Материалы конференции по технологиям качества воды. Американская ассоциация водопроводных предприятий, Денвер, Колорадо, 6 ноября.
- ^ Jump up to: а б с д и ж Смит, ГК (2016). «Сталактиты из кальцитовой соломы, растущие из бетонных конструкций», Cave and Karst Science, Vol.43, No.1, P.4-10, (апрель 2016 г.), Британская ассоциация исследования пещер, ISSN 1356-191X.
- ^ Jump up to: а б Хилл, Калифорния, и Форти, П. (1997). Пещерные минералы мира, 2-е изд. [Хантсвилл, Алабама: Национальное спелеологическое общество Inc.]
- ^ Эллисон, ВК (1923). «Рост сталагмитов и сталактитов». Геологический журнал, том 31, 106–125.
- ^ Вер Стиг, К. (1932). «Необычное явление сталактитов и сталагмитов». Научный журнал Огайо, том 32 (2), 69–83.