Травертин -Travertine

Покрытый карбонатом кальция растущий мох в формации низкотемпературного пресноводного травертина (монета для масштаба)

Травертин ( / ˈtrævərˌt iːn / TRAV - ər - teen ) представляет собой форму земного известняка , отложенного вокруг минеральных источников , особенно горячих источников . Он часто имеет волокнистый или концентрический вид и бывает белого, коричневого, кремового и даже ржавого цвета. Он образуется в результате быстрого осаждения карбоната кальция , часто в устье горячего источника или в известняковой пещере. В последнем он может образовывать сталактиты , сталагмиты и др .образования . Он часто используется в Италии и других странах в качестве строительного материала .

Подобные (но более мягкие и чрезвычайно пористые) отложения, образованные из воды комнатной температуры, известны как туф .

Определение

Травертин представляет собой осадочную породу , образованную в результате химического осаждения минералов карбоната кальция из пресной воды, обычно в источниках, реках и озерах; то есть из поверхностных и подземных вод. В самом широком смысле травертин включает отложения как в горячих, так и в холодных источниках, включая пористую губчатую породу, известную как туф , а также пещерные образования , известные как образования (которые включают сталактиты и сталагмиты ). Calcrete , представляющий собой минералы кальция, отложенные в виде горизонта в профиле почвы , не считается формой травертина.

Травертин часто определяется в более узком смысле как плотная порода, иногда массивная, но чаще полосчатая или с волокнистой внутренней структурой, отложившаяся в горячих источниках. В этом более узком смысле травертин отличается от наростов и туфа. Травертин иногда также определяется по способу его происхождения, как горная порода, образованная неорганическим осаждением минералов карбоната кальция на поверхность после обмена углекислым газом между атмосферой и грунтовыми водами. Калькрит, озерные мергели и озерные рифы исключены из этого определения, но включены как образования, так и туф.

Свежие травертины сильно различаются по своей пористости, примерно от 10% до 70%. Древние могут иметь пористость всего 2% из-за кристаллизации вторичного кальцита в первоначальных порах, в то время как некоторые из свежих арагонитовых травертинов в Мамонтовых горячих источниках имеют пористость более 80%. Пористость около 50% типична для травертина холодного источника, в то время как травертин горячего источника имеет среднюю пористость около 26%. Образования имеют низкую пористость менее 15%.

Рельеф

Травертин образует отличительные формы рельефа:

  • Родниковые насыпи представляют собой купола из травертина высотой от менее метра до более 100 метров (330 футов), окружающие родниковое отверстие. Поскольку устье родника находится выше уровня земли, для образования наземных насыпей требуется либо артезианский источник, либо гейзер. Травертиновые насыпи также встречаются под водой, часто в соленых озерах.
  • Гребни трещин образуются из-за родникового стока вдоль трещин или разломов. Они могут быть более 15 метров (49 футов) в высоту и 0,5 км (0,31 мили) в длину. Обычно они демонстрируют признаки прогрессирующего расширения трещины, уравновешенного отложением травертина на стенке трещины.
  • Каскадные отложения образованы серией водопадов.
  • Отложения плотин похожи на каскады, но имеют локальные вертикальные отложения травертина, которые создают пруд или озеро за отложениями известняка.
  • Травертин образует различного рода речные и озерные отложения.
  • Болотные ( болотные ) отложения представляют собой неглубокие скопления на слабо дренированных участках.
  • Образования являются характерными «образованиями» пещер.

Этимология

Слово «травертин» происходит от итальянского travertino , которое само по себе является производным от латинского tiburtinus , означающего «из Тибура» (теперь известного как Тиволи , недалеко от Рима, Италия).

Геохимия

Формирование травертина начинается, когда грунтовые воды ( H 2 O ), содержащие повышенную концентрацию растворенного диоксида углерода ( CO 2 ), вступают в контакт с известняком или другой горной породой, содержащей карбонат кальция ( CaCO 3 ). Растворенный углекислый газ действует как слабая угольная кислота , которая растворяет часть известняка в виде растворимого бикарбоната кальция ( Ca+2+ 2НСО3):

CaCO 3 + H 2 O + CO 2 → Ca 2+ + 2HCO3

Это обратимая реакция , означающая, что по мере увеличения концентрации растворенного бикарбоната кальция бикарбонат кальция начинает превращаться в карбонат кальция, воду и углекислый газ. Пока углекислому газу некуда деваться, достигается равновесие, при котором растворение карбоната кальция уравновешивается осаждением карбоната кальция.

Если подземные воды перемещаются в среду с более низкой концентрацией углекислого газа (измеряемой по парциальному давлению pCO 2 ), часть углекислого газа улетучивается в окружающую среду, нарушая равновесие и позволяя происходить осаждению карбоната кальция. :

Са 2+ + 2НСО3 → СаСО 3 + Н 2 О + СО 2

Карбонат кальция легче всего осаждается на твердые поверхности, омываемые грунтовыми водами, в конечном итоге образуя толстые отложения травертина. Из-за роли СО 2 в растворении и транспортировке карбоната кальция его иногда называют носителем СО 2 или просто носителем.

Наиболее важными источниками повышенной концентрации углекислого газа в подземных водах являются почва и вулканическая деятельность. Вода, проходя через почву, поглощает углекислый газ из корней растений и разлагающихся органических веществ. Этот CO 2 описывается как метеоритный носитель, а травертин, образованный по этому механизму, как метеогеновый травертин . Это основной механизм образования образований. Подземные воды с повышенной концентрацией СО 2 , поглощенного из почвы, инфильтрируют нижележащие известняки, растворяя часть известняка. Когда эта грунтовая вода выходит в пещеру с более низкой концентрацией СО 2 , часть СО 2 улетучивается, позволяя карбонату кальция осаждаться и образовывать сталактиты, сталагмиты и другие образования.

Вулканическая деятельность является источником углекислого газа в подземных водах, вытекающих из горячих источников. Когда вода достигает устья родника, она быстро теряет углекислый газ на открытом воздухе и осаждает карбонат кальция вокруг устья родника. Образовавшийся таким образом травертин называют термогенным травертином . Это может привести к образованию впечатляющих месторождений травертина, таких как Памуккале или Мамонтовые горячие источники . Углекислый газ может поступать из источников глубоко в Земле, таких как метаморфизм глубоко залегающих горных пород. Углекислый газ выносится на поверхность магмой и является основным компонентом вулканических газов. Углекислый газ также может образовываться в результате нагрева магматических тел твердой породы у поверхности, в результате термического разложения органического вещества или в результате реакций кварца или других минералов кремнезема с карбонатными минералами .

Выпадение осадков может быть усилено факторами, ведущими к снижению pCO 2 , например, усиление взаимодействия воздух-вода в водопадах может иметь важное значение, как и фотосинтез.

В редких случаях травертин может образовываться из сильнощелочной воды, содержащей растворенный гидроксид кальция ( Ca+2+ 2OH - ), образующихся при серпентинизации ультраосновных пород . Когда эта щелочная вода достигает поверхности, она поглощает углекислый газ из воздуха, чтобы осадить карбонат кальция:

Са 2+ + 2ОН - + СО 2 → СаСО 3 + Н 2 О

В то время как вода, газированная вулканической активностью, обычно связана с горячими источниками, такая вода иногда охлаждается до температуры, близкой к температуре окружающей среды, прежде чем выйти на поверхность. Точно так же вода, насыщенная углекислым газом при прохождении через почву, иногда циркулирует на достаточную глубину, чтобы быть достаточно теплой, когда она снова выходит на поверхность. Вода, газированная в результате вулканической деятельности, тем не менее, будет иметь более высокое содержание растворенного бикарбоната кальция и, как правило, будет более обогащена более тяжелым изотопом 13 C.

Оба основных минерала карбоната кальция, кальцит и арагонит , встречаются в травертинах горячих источников; арагонит преимущественно осаждается при высоких температурах, тогда как кальцит преобладает при более низких температурах. В чистом виде травертин имеет белый цвет, но часто из-за примесей он может быть от коричневого до желтого.

Вхождение

Травертин встречается в сотнях мест по всему миру. Здесь перечислены только некоторые известные события.

Ступенчатые травертиновые террасы Бадаб-э Сурта . Этот травертин обязан своими красными террасами карбонату железа .
Мавзолей в травертиновом бассейне горячих источников Иераполиса , Турция.

Травертин находится в Тиволи, в 25 километрах (16 миль) к востоку от Рима, где травертин добывали не менее двух тысяч лет. Травертин здесь отложился телом площадью 20 квадратных километров (7,7 квадратных миль) и толщиной 60 метров (200 футов) вдоль северного разлома возле спящего вулкана Колли Альбани. Карьер Guidonia также расположен в этом месторождении травертина. Древнее название этого камня было lapis tiburtinus , что означает камень тибур , который постепенно превратился в travertino ( травертин ). Детальные исследования травертиновых отложений Тиволи и Гуидонии выявили суточные и годовые ритмические полосы и пластинки, которые могут быть использованы в геохронологии . Месторождения травертина обнаружены примерно в 100 других местах в Италии, в том числе в Рапалино недалеко от Пизы . Порт Пестума был построен на листе туфа.

Каскады естественных озер, образовавшихся за плотинами из травертина, можно увидеть в Памуккале , Турция , который является объектом Всемирного наследия ЮНЕСКО . Другие места с такими каскадами включают Хуанлун в провинции Сычуань в Китае (еще один объект Всемирного наследия ЮНЕСКО), Мамонтовые горячие источники в США , Эгерсалок в Венгрии, Махаллат , Аббас-Абад, Аташ-Кох и Бадаб-э-Сурт в Иране , Банда- i-Amir в Афганистане , Лагунас-де-Руйдера , Испания, Иерве-эль-Агуа , Оахака, Мексика и Семук-Чампей , Гватемала .

В последний послеледниковый палеоклиматический оптимум Центральной Европы ( атлантический период , 8000–5000 лет до н.э.) из карстовых источников образовались огромные залежи туфа . В меньших масштабах эти карстовые процессы все еще работают. Важные геотопы находятся на Швабском Альбе , главным образом в долинах на переднем северо-западном гребне куэсты ; во многих долинах эродированной периферии карстовой Франконской Юры ; и в северных альпийских предгорьях .

Травертин сформировал шестнадцать огромных естественных плотин в долине в Хорватии , известной как национальный парк Плитвицкие озера . Цепляясь за мох и камни в воде, травертин за несколько тысячелетий образовал водопады высотой до 70 м (230 футов).

В США самым известным местом образования травертина является Йеллоустонский национальный парк , где геотермальные районы богаты залежами травертина. В Вайоминге также есть травертины в Государственном парке Хот-Спрингс в Термополисе . В Оклахоме есть два парка, посвященных этому чуду природы. Водопад Тернер , самый высокий водопад в Оклахоме, представляет собой каскад родниковой воды высотой 77 футов (23 м), протекающий над травертиновой пещерой. Хани-Крик питает этот водопад и образует километры травертиновых уступов как вверх, так и вниз по течению. Множество небольших водопадов вверх по течению в густых лесах повторяют эффект травертинового образования. Город Дэвис теперь владеет тысячами акров этой земли и сделал ее туристической достопримечательностью. Другой ресурс травертина находится в Сульфуре, штат Оклахома , в 10 милях (16 км) к востоку от водопада Тернер. Травертин-Крик протекает через природный заповедник с родниковой водой в границах Национальной зоны отдыха Чикасо .

В Техасе город Остин и окружающие его холмы на юге построены на известняке. В этом районе много травертиновых образований, например, у водопада Горман в государственном парке Колорадо-Бенд .

Висячее озеро в каньоне Гленвуд в Колорадо было образовано плотинами из травертина, перекинутыми через родниковый ручей. Травертиновые пласты в этом районе имеют толщину до 40 футов (12 м). В государственном парке Рифл-Фолс в Колорадо есть тройной водопад над плотиной из травертина.

Сода Дам, горы Джемез, Нью-Мексико

Система горячих источников Сода Дам в горах Хемес в Нью-Мексико была тщательно исследована из-за ее связи с геотермальной системой кальдеры Валлес . Здесь горячие подземные воды из кальдеры двигались по разлому Хемес и смешивались с более холодными подземными водами, прежде чем выйти на поверхность. Радиометрическое датирование травертинов показывает, что отложение началось почти сразу после извержения кальдеры Валлес и что в настоящее время в этом районе происходит еще один эпизод отложения, начавшийся 5000 лет назад. Новый вид экстремофильной зеленой водоросли Scenedesmus впервые был выделен из травертина Сода Дам.

В Аризоне , на южной стороне Гранд-Каньона , находится резервация Хавасупай . Через него протекает ручей Хавасу с обширными отложениями травертина. Три основных водопада, водопады Навахо, водопады Хавасу и водопады Муни, расположены вниз по течению от города Супай. Есть множество более мелких катаракт, образованных плотинами из травертина. Эти объекты расположены примерно в 2 милях (3,2 км) от деревни Супай (на дне каньона), и до них можно добраться пешком или верхом.

В Исландии река Хванна, расположенная на северном склоне Эйяфьятлайокудля , была сильно загрязнена CO 2 после извержений 2010 года . Травертин выпал в осадок вдоль реки.

На северо-востоке Сулавеси в Индонезии находится Карст Ваволеси . Примечательной особенностью этого района является пруд в нескольких метрах от пляжа, образованный фонтаном с соленой горячей водой, сохранившимся с неогенового периода.

Использование

Травертин часто используется в качестве строительного материала . Обычно в нем отсутствуют плоскости слабости, а его высокая пористость делает его легким по сравнению с его прочностью, придает ему хорошие тепло- и звукоизоляционные свойства и делает его относительно простым в работе. Плотный травертин после полировки становится отличным декоративным камнем.

Римляне добывали залежи травертина для строительства храмов, памятников, акведуков, банных комплексов и амфитеатров, таких как Колизей , самое большое здание в мире, построенное в основном из травертина. В Италии известные карьеры по добыче травертина существуют в Тиволи и Гуидонии Монтечелио , где можно найти самые важные карьеры со времен Древнего Рима. Карьеры Тиволи поставляли травертин, из которого Джан Лоренцо Бернини выбрал материал для строительства знаменитой колоннады на площади Святого Петра в Риме (colonnato di Piazza S. Pietro) в 1656–1667 годах. Микеланджело также выбрал травертин в качестве материала для внешних ребер купола базилики Святого Петра . Травертин из Триволи использовался при создании большей части фонтана Треви в Риме в период барокко .

Травертин снова стал популярным строительным материалом в Средние века. В центральногерманском городе Бад-Лангензальца сохранился средневековый старый город, построенный почти полностью из местного травертина. Здания двадцатого века, в которых широко используется травертин, включают базилику Сакре-Кер в Париже , Центр Гетти в Лос-Анджелесе , Калифорния, и Шелл-Хаус в Берлине . Травертин, использованный в конструкциях Getty Center и Shell-Haus, был импортирован из Тиволи и Гуидонии.

Травертин — один из нескольких природных камней, которые используются для мощения патио и садовых дорожек. Иногда его называют травертиновым известняком или травертиновым мрамором; это один и тот же камень, хотя травертин правильно классифицируется как тип известняка, а не мрамора . Камень характеризуется ямчатыми отверстиями и впадинами на поверхности. Хотя эти впадины возникают естественным образом, они предполагают признаки значительного износа с течением времени. Он также может быть отполирован до гладкой блестящей поверхности и бывает разных цветов от серого до кораллово-красного. Травертин также доступен в размерах плитки для укладки на пол.

Травертин является одним из наиболее часто используемых камней в современной архитектуре . Он обычно используется для внутренних полов дома / бизнеса, напольных покрытий для наружных патио, стен и потолков спа, фасадов и облицовки стен . Стены вестибюля модернистского Уиллис-Тауэр (1970 г.) (ранее Сирс-Тауэр) в Чикаго сделаны из травертина. Архитектор Велтон Беккет часто использовал травертин во многих своих проектах. Медицинский центр Рональда Рейгана Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе покрыт более чем 3 миллионами фунтов (около 1360 тонн) травертина Ambra Light из карьеров Тиволи. Архитектор Людвиг Мис ван дер Роэ использовал травертин в нескольких своих крупных работах, включая Центр Торонто-Доминион , SR Crown Hall , Дом Фарнсворта и Павильон Барселоны .

Ротонда Капитолия штата Нью-Мексико отделана травертином, добытым из месторождения к западу от Белена, штат Нью-Мексико . Камень из этого карьера также используется в зданиях Университета Нью-Мексико .

Поставлять

До 1980-х годов Италия была почти монополистом на мировом рынке травертина; в настоящее время значительные запасы добываются в Турции, Мексике, Китае, Перу и Испании. Импорт травертина в США в 2019 году составил 17 808 метрических тонн, из которых 12 804 тонны были из Турции.

Смотрите также

  • Алебастр  - слегка окрашенные, полупрозрачные и мягкие кальциевые минералы, обычно гипс - см. Разновидность, называемую «оникс-мрамор», на самом деле травертин.
  • Известняковый агломерат  - пресноводное месторождение карбоната кальция.
  • Кальтемит  - вторичное отложение карбоната кальция, растущее под искусственными сооружениями .
  • Карстовая топография  - Топография из растворенных растворимых пород.
  • Список типов известняка  - Месторождения известняка перечислены по местоположению.

использованная литература

Источники

внешние ссылки