Kalkstein

Kalkstein ⓘ

Sedimentäres Gestein
Aufschluss von Kalkstein im Naturschutzgebiet Torcal de Antequera in Málaga, Spanien
Zusammensetzung
Kalziumkarbonat: anorganisches kristallines Kalzit oder organisches kalkhaltiges Material

Kalkstein ist ein häufig vorkommendes karbonatisches Sedimentgestein, das die Hauptquelle für den Stoff Kalk darstellt. Er besteht hauptsächlich aus den Mineralien Calcit und Aragonit, die verschiedene Kristallformen von Calciumcarbonat (CaCO₃) sind. Kalkstein entsteht, wenn diese Mineralien aus Wasser, das gelöstes Kalzium enthält, ausfallen. Dies kann sowohl durch biologische als auch durch nichtbiologische Prozesse geschehen, wobei biologische Prozesse, wie die Ansammlung von Korallen und Muscheln im Meer, in den letzten 540 Millionen Jahren wahrscheinlich die größere Rolle gespielt haben. Kalkstein enthält häufig Fossilien, die den Wissenschaftlern Aufschluss über frühere Umgebungen und die Entwicklung des Lebens geben. ⓘ

Etwa 20 % bis 25 % der Sedimentgesteine sind Karbonatgestein, und der größte Teil davon ist Kalkstein. Das übrige Karbonatgestein ist größtenteils Dolomit, ein eng verwandtes Gestein, das einen hohen Anteil des Minerals Dolomit, CaMg(CO₃)₂, enthält. Magnesiakalk ist eine veraltete und schlecht definierte Bezeichnung für Dolomit, für Kalkstein mit einem hohen Dolomitanteil (Dolomitkalk) oder für jeden anderen Kalkstein mit einem hohen Magnesiumanteil. Der meiste Kalkstein entstand in flachen Meeresumgebungen, z. B. auf Kontinentalschelfen oder Plattformen, aber auch in kleineren Mengen in vielen anderen Umgebungen. Ein Großteil des Dolomits ist sekundärer Dolomit, der durch chemische Umwandlung von Kalkstein entstanden ist. Kalkstein liegt in weiten Teilen der Erdoberfläche frei, und da Kalkstein im Regenwasser schwer löslich ist, werden diese Freilegungen oft erodiert und bilden Karstlandschaften. Die meisten Höhlensysteme befinden sich in Kalksteinfelsen. ⓘ

Kalkstein hat zahlreiche Verwendungszwecke: als Baumaterial, als wesentlicher Bestandteil von Beton (Portlandzement), als Zuschlagstoff für den Straßenbelag, als Weißpigment oder Füllstoff in Produkten wie Zahnpasta oder Farben, als chemisches Ausgangsmaterial für die Herstellung von Kalk, als Bodenverbesserer und als beliebte dekorative Ergänzung in Steingärten. Kalksteinformationen enthalten etwa 30 % der weltweiten Erdölvorkommen. ⓘ

Dachsteinkalk, eine Fazies der Nördlichen Kalkalpen ⓘ

Kalkstein mit Einlagerung am kleinen Barmstein an der Grenze von Bayern zu Österreich ⓘ

Als Kalkstein 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. ⓘ

Beschreibung

Dieses Kalksteinvorkommen im Karst der Dinarischen Alpen in der Nähe von Sinj, Kroatien, wurde im Eozän gebildet. ⓘ

Kalkstein besteht hauptsächlich aus den Mineralien Calcit und Aragonit, die verschiedene Kristallformen von Calciumcarbonat (CaCO₃) sind. Dolomit, CaMg(CO₃)₂, ist ein seltenes Mineral in Kalkstein, und Siderit oder andere Karbonatminerale sind selten. Der Calcit in Kalkstein enthält jedoch oft einige Prozent Magnesium. Calcit in Kalkstein wird in magnesiumarmes und magnesiumreiches Calcit unterteilt, wobei die Trennlinie bei einer Zusammensetzung von 4 % Magnesium liegt. Calcit mit hohem Magnesiumgehalt behält die Calcit-Mineralstruktur bei, die sich vom Dolomit unterscheidet. Aragonit enthält normalerweise kein nennenswertes Magnesium. Die meisten Kalksteine sind ansonsten chemisch recht rein, wobei klastische Sedimente (hauptsächlich feinkörniger Quarz und Tonminerale) weniger als 5 bis 10 % der Zusammensetzung ausmachen. Organische Stoffe machen in der Regel etwa 0,2 % des Kalksteins aus und übersteigen selten 1 %. ⓘ

Kalkstein enthält oft unterschiedliche Mengen an Kieselsäure in Form von Hornstein oder kieselhaltigen Skelettfragmenten (z. B. Schwammnadeln, Kieselalgen oder Radiolarien). Auch Fossilien sind in Kalkstein häufig zu finden. ⓘ

Kalkstein ist in der Regel weiß bis grau gefärbt. Kalkstein, der ungewöhnlich reich an organischen Stoffen ist, kann fast schwarz sein, während Spuren von Eisen oder Mangan Kalkstein eine cremefarbene, gelbe oder rote Farbe verleihen können. Die Dichte von Kalkstein hängt von seiner Porosität ab, die zwischen 0,1 % für den dichtesten Kalkstein und 40 % für Kreide variiert. Dementsprechend liegt die Dichte zwischen 1,5 und 2,7 g/cm³. Obwohl er mit einer Mohshärte von 2 bis 4 relativ weich ist, kann dichter Kalkstein eine Bruchfestigkeit von bis zu 180 MPa aufweisen. Zum Vergleich: Beton hat normalerweise eine Bruchfestigkeit von etwa 40 MPa. ⓘ

Obwohl Kalksteine in ihrer Mineralzusammensetzung wenig variieren, weisen sie eine große Vielfalt in ihrer Textur auf. Die meisten Kalksteine bestehen jedoch aus sandgroßen Körnern in einer Karbonat-Schlamm-Matrix. Da Kalksteine häufig biologischen Ursprungs sind und in der Regel aus Sedimenten bestehen, die in der Nähe ihres Entstehungsortes abgelagert wurden, erfolgt die Klassifizierung von Kalkstein in der Regel anhand der Kornart und des Schlammgehalts. ⓘ

Kalksteine besitzen in den meisten Fällen eine helle, graue bis graugelbe Farbe. Durch Beimengungen anderer Minerale (zum Beispiel von Eisenverbindungen) kommen aber auch kräftigere, vor allem rote Farben recht vor. Bituminöse Kalksteine können dunkelgrau bis schwarz gefärbt sein. Chemisch ausgefällte Kalksteine oder von Mikroorganismen abgelagerte Kalksteine sind für gewöhnlich feinkörnig und dicht. Je nach Entstehungsbedingungen findet man dort mehr oder weniger häufig Fossilien. Fossilkalke besitzen hingegen zahlreiche gut erkennbare Fossilien. Diese Kalke enthalten oft Poren und andere Hohlräume. Extrem große Hohlräume sind in Süßwasserkalken, Travertin oder Kalktuff enthalten. ⓘ

Verkarsteter Dachsteinkalk, Kehlstein (Berchtesgaden) ⓘ

Körner

Ooide von einem Strand auf Joulter's Cay, Bahamas ⓘ

Ooide im Kalkstein der Carmel-Formation (Mittlerer Jura) im Südwesten Utahs. ⓘ

Dünnschliff eines Kalksteins aus dem mittleren Jura im südlichen Utah, USA. Die runden Körner sind Ooide; das größte hat einen Durchmesser von 1,2 mm (0,05 in). Dieser Kalkstein ist ein Oosparit. ⓘ

Die meisten Körner im Kalkstein sind Skelettfragmente von Meeresorganismen wie Korallen oder Foraminiferen. Diese Organismen scheiden Strukturen aus Aragonit oder Kalzit aus und lassen diese Strukturen zurück, wenn sie sterben. Andere Karbonatkörner, aus denen Kalksteine bestehen, sind Ooide, Peloide und Kalkklasten (Intraklasten und Extraklasten). ⓘ

Die Zusammensetzung der Skelettkörner spiegelt die Organismen wider, die sie hervorgebracht haben, sowie die Umwelt, in der sie entstanden sind. Skelettkörner mit niedrigem Magnesiumgehalt sind typisch für artikulierte Brachiopoden, planktonische (frei schwimmende) Foraminiferen und Coccolithen. Kalzit-Skelettkörner mit hohem Magnesiumgehalt sind typisch für benthische (am Boden lebende) Foraminiferen, Stachelhäuter und koralline Algen. Aragonit-Skelettkörner sind typisch für Mollusken, kalkhaltige Grünalgen, Stromatoporoide, Korallen und Röhrenwürmer. Die Skelettkörner spiegeln auch bestimmte geologische Zeiträume und Umgebungen wider. So sind beispielsweise Korallenkörner häufiger in energiereichen Umgebungen zu finden (die durch starke Strömungen und Turbulenzen gekennzeichnet sind), während Moostierchenkörner eher in energiearmen Umgebungen vorkommen (die durch ruhiges Wasser gekennzeichnet sind). ⓘ

Ooide (manchmal auch Oolithen genannt) sind sandgroße Körner (mit einem Durchmesser von weniger als 2 mm), die aus einer oder mehreren Schichten von Kalzit oder Aragonit um ein zentrales Quarzkorn oder Karbonatmineralfragment bestehen. Sie bilden sich wahrscheinlich durch direkte Ausfällung von Kalziumkarbonat auf dem Ooid. Pisolithen ähneln den Ooiden, haben aber einen Durchmesser von mehr als 2 mm und sind eher unregelmäßig geformt. Kalkstein, der hauptsächlich aus Ooiden besteht, wird als Oolith oder manchmal auch als oolithischer Kalkstein bezeichnet. Ooide bilden sich in energiereichen Umgebungen, wie z. B. auf der Bahama-Plattform, und Oolithen weisen typischerweise Querschichten und andere Merkmale auf, die mit der Ablagerung in starken Strömungen in Verbindung stehen. ⓘ

Onkolithen ähneln Ooiden, weisen aber eher eine radiale als eine geschichtete innere Struktur auf, was darauf hindeutet, dass sie von Algen in einer normalen Meeresumgebung gebildet wurden. ⓘ

Peloide sind strukturlose Körner aus mikrokristallinem Karbonat, die wahrscheinlich durch eine Vielzahl von Prozessen entstanden sind. Viele werden als Fäkalien von Meeresorganismen angesehen. Andere können von endolithischen (bohrenden) Algen oder anderen Mikroorganismen oder durch die Zersetzung von Molluskenschalen erzeugt werden. Sie sind in einer Kalksteinprobe nur schwer zu erkennen, es sei denn im Dünnschliff, und kommen in alten Kalksteinen seltener vor, möglicherweise weil sie durch die Verdichtung von Karbonatsedimenten gestört werden. ⓘ

Kalkklasten sind Fragmente von vorhandenem Kalkstein oder teilweise lithifizierten Karbonatsedimenten. Intraklasten sind Kalkklasten, die in der Nähe des Ablagerungsortes im Kalkstein entstanden sind, während Extraklasten von außerhalb des Ablagerungsgebietes stammen. Zu den Intraklasten gehört der Traubenstein, bei dem es sich um Anhäufungen von Peloiden handelt, die durch organisches Material oder mineralischen Zement zusammengehalten werden. Extraklasten sind selten, werden in der Regel von anderen klastischen Sedimenten begleitet und deuten auf die Ablagerung in einem tektonisch aktiven Gebiet oder als Teil eines Trübestroms hin. ⓘ

Schlamm

Die Körner der meisten Kalksteine sind in eine Matrix aus Karbonatschlamm eingebettet. Dies ist in der Regel die größte Fraktion eines alten Karbonatgesteins. Schlamm, der aus einzelnen Kristallen mit einer Länge von weniger als 5 Mikrometern besteht, wird als Mikrit bezeichnet. In frischem Karbonatschlamm besteht der Mikrit zumeist aus kleinen Aragonitnadeln, die direkt aus dem Meerwasser ausfallen, von Algen abgesondert werden oder durch Abrieb von Karbonatkörnern in einer energiereichen Umgebung entstehen können. Es wird innerhalb weniger Millionen Jahre nach der Ablagerung in Calcit umgewandelt. Durch weitere Rekristallisation des Mikrits entsteht Mikrospat, dessen Körner einen Durchmesser von 5 bis 15 Mikron haben. ⓘ

Kalkstein enthält oft größere Kalzitkristalle mit einer Größe von 0,02 bis 0,1 mm, die als Spatcalcit oder Spatit bezeichnet werden. Sparit unterscheidet sich von Mikrit durch eine Korngröße von über 20 Mikrometern und dadurch, dass Sparit unter einer Handlinse oder im Dünnschliff als weiße oder transparente Kristalle auffällt. Sparit unterscheidet sich von Karbonatkörnern durch das Fehlen einer inneren Struktur und seine charakteristischen Kristallformen. ⓘ

Geologen unterscheiden sorgfältig zwischen Sparit, der als Zement abgelagert wurde, und Sparit, der durch Rekristallisation von Mikrit oder Karbonatkörnern entstanden ist. Sparitzement wurde wahrscheinlich im Porenraum zwischen den Körnern abgelagert, was auf eine energiereiche Ablagerungsumgebung schließen lässt, in der Karbonatschlamm entfernt wurde. Rekristallisierter Spatit ist kein Indikator für die Ablagerungsumgebung. ⓘ

Andere Merkmale

Die White Cliffs of Dover bestehen aus Kreide.

Kalksteinaufschlüsse erkennt man im Gelände daran, dass sie weich sind (Calcit und Aragonit haben beide eine Mohshärte von weniger als 4 und liegen damit weit unter den üblichen Silikatmineralien) und dass Kalkstein kräftig blubbert, wenn man einen Tropfen verdünnte Salzsäure darauf fallen lässt. Dolomit ist ebenfalls weich, reagiert aber nur schwach mit verdünnter Salzsäure und verwittert in der Regel zu einer charakteristischen stumpfen gelb-braunen Farbe, die auf das Vorhandensein von eisenhaltigem Eisen zurückzuführen ist. Dieses wird bei der Verwitterung des Dolomits freigesetzt und oxidiert. Verunreinigungen (wie Ton, Sand, organische Reste, Eisenoxid und andere Materialien) führen dazu, dass Kalksteine unterschiedliche Farben aufweisen, insbesondere bei verwitterten Oberflächen. ⓘ

Die Beschaffenheit eines Karbonatgesteins kann vor Ort durch Ätzen der Oberfläche mit verdünnter Salzsäure bestimmt werden. Dabei werden Kalzit und Aragonit weggeätzt, so dass Kieselsäure- oder Dolomitkörner zurückbleiben. Letztere lassen sich an ihrer rhomboedrischen Form erkennen. ⓘ

Kalzit-, Quarz-, Dolomit- oder Barytkristalle können kleine Hohlräume (Wannen) im Gestein auskleiden. Die Hohlräume sind eine Form der sekundären Porosität, die in vorhandenem Kalkstein durch eine Veränderung der Umgebung entsteht, die die Löslichkeit von Calcit erhöht. ⓘ

Dichter, massiver Kalkstein wird manchmal als "Marmor" bezeichnet. Der berühmte "Marmor" von Portoro in Italien beispielsweise ist in Wirklichkeit ein dichter schwarzer Kalkstein. Echter Marmor entsteht durch Rekristallisation von Kalkstein während der regionalen Metamorphose, die mit der Gebirgsbildung (Orogenese) einhergeht. Er unterscheidet sich von dichtem Kalkstein durch seine grobkristalline Textur und die Bildung charakteristischer Mineralien aus dem im ursprünglichen Kalkstein vorhandenen Siliziumdioxid und Ton. ⓘ

In der Natur wird Kalkstein mit 10%iger Salzsäure nachgewiesen. Braust diese auf, so ist es Kalkstein. Dolomit braust dagegen nur wenn die Salzsäure erhitzt wird. ⓘ

In der Praxis wird Kalkstein mittels 10%iger Salzsäure im sogenannten Carbonattest (Kalktest) nachgewiesen. Wird auf einen Kalkstein ein Tropfen Salzsäure gegeben, so braust dieser stark auf, da Kohlendioxid freigesetzt wird. Bei Dolomit verläuft derselbe Test ohne Aufbrausen. Eine Bläschenbildung wird bei Dolomit nur mit der Lupe sichtbar. Wird Salzsäure erhitzt auf Dolomit gegeben, braust dieser ebenfalls. Hiermit kann Kalkstein und Dolomit mit einfacher Methode unterschieden werden und Kalkstein eindeutig bestimmt. Der gesamte Calciumcarbonatgehalt eines Sedimentgesteins (oder auch kalkhaltigen Bodens) kann im Labor mit der „Carbonatbestimmung nach Scheibler“ mit spezieller Apparatur bestimmt werden. ⓘ

Klassifizierung

Travertinkalksteinterrassen von Pamukkale, Türkei. ⓘ

Höhlenkalkstein-Formationen in den Luray Caverns im nördlichen Shenandoah Valley

Zwei wichtige Klassifizierungssysteme, das Folk- und das Dunham-Klassifizierungssystem, werden zur Identifizierung der Karbonatgesteinstypen verwendet, die unter dem Begriff Kalkstein zusammengefasst werden. ⓘ

Folk-Klassifizierung

Robert L. Folk entwickelte ein Klassifizierungssystem, bei dem der Schwerpunkt auf der detaillierten Zusammensetzung der Körner und des interstitiellen Materials in Karbonatgesteinen liegt. Auf der Grundlage der Zusammensetzung gibt es drei Hauptkomponenten: Allocheme (Körner), Matrix (meist Mikrit) und Zement (Sparit). Das Folk-System verwendet zweiteilige Namen; der erste bezieht sich auf die Körner, der zweite auf den Zement. Ein Kalkstein, der hauptsächlich aus Ooiden besteht und eine kristalline Matrix aufweist, würde beispielsweise als Oosparit bezeichnet werden. Bei der Anwendung des Folk-Schemas ist es hilfreich, ein petrographisches Mikroskop zu besitzen, da es einfacher ist, die in jeder Probe vorhandenen Komponenten zu bestimmen. ⓘ

Dunham-Klassifizierung

Robert J. Dunham veröffentlichte sein System für Kalkstein im Jahr 1962. Es konzentriert sich auf die Ablagerungsstruktur von Karbonatgesteinen. Dunham teilt die Gesteine in vier Hauptgruppen ein, die auf relativen Anteilen gröberer klastischer Partikel beruhen und auf Kriterien wie der Frage basieren, ob die Körner ursprünglich in gegenseitigem Kontakt standen und daher selbsttragend waren oder ob das Gestein durch das Vorhandensein von Gerüstbildnern und Algenmatten gekennzeichnet ist. Im Gegensatz zum Folk-Schema wird bei Dunham die ursprüngliche Porosität des Gesteins berücksichtigt. Das Dunham-Schema ist für Handproben nützlicher, da es auf der Textur und nicht auf den Körnern in der Probe basiert. ⓘ

Eine überarbeitete Klassifizierung wurde von Wright (1992) vorgeschlagen. Sie fügt dem Klassifizierungsschema einige diagenetische Muster hinzu. ⓘ

Andere beschreibende Begriffe

Travertin ist ein Begriff für Kalziumkarbonatablagerungen, die sich in Süßwasserumgebungen, insbesondere in heißen Quellen, bilden. Solche Ablagerungen sind in der Regel massiv, dicht und gebändert. Wenn die Ablagerungen sehr porös sind, so dass sie eine schwammartige Textur aufweisen, werden sie in der Regel als Tuffstein bezeichnet. Sekundärer Kalzit, der durch übersättigtes Meteorwasser (Grundwasser) in Höhlen abgelagert wird, wird manchmal auch als Travertin bezeichnet. Daraus entstehen Speläotheme, wie Stalagmiten und Stalaktiten. ⓘ

Coquina ist ein schlecht verfestigter Kalkstein, der aus abgeschliffenen Korallenstücken, Muscheln oder anderen fossilen Trümmern besteht. Ist er besser verfestigt, wird er als Kokinit bezeichnet. ⓘ

Kreide ist ein weicher, erdiger, feinkörniger Kalkstein, der aus den Ablagerungen von planktonischen Mikroorganismen wie Foraminiferen besteht, während Mergel ist ein erdiges Gemisch aus Karbonaten und Silikatsedimenten. ⓘ

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. ⓘ

Entstehung

Kalkstein entsteht durch Ausfällung von Calcit oder Aragonit aus Wasser, das gelöstes Calcium enthält, was sowohl durch biologische als auch durch nichtbiologische Prozesse geschehen kann. Die Löslichkeit von Kalziumkarbonat (CaCO₃) wird weitgehend durch die Menge an gelöstem Kohlendioxid (CO₂) im Wasser bestimmt. Dies lässt sich in der folgenden Reaktion zusammenfassen:

CaCO₃ + H₂O + CO₂ → Ca²⁺ + 2HCO-3 ⓘ

Temperaturerhöhungen oder Drucksenkungen führen tendenziell zu einer Verringerung der Menge an gelöstem CO₂ und zur Ausfällung von CaCO₃. Eine Verringerung des Salzgehalts verringert auch die Löslichkeit von CaCO₃, und zwar um mehrere Größenordnungen bei Süßwasser gegenüber Meerwasser. ⓘ

Das oberflächennahe Wasser der Weltmeere ist mit CaCO₃ um mehr als das Sechsfache übersättigt. Die Tatsache, dass CaCO₃ in diesen Gewässern nicht schnell ausfällt, ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass gelöste Magnesiumionen die Keimbildung von Calcitkristallen, den notwendigen ersten Schritt der Ausfällung, behindern. Die Ausfällung von Aragonit kann durch das Vorhandensein von natürlich vorkommenden organischen Phosphaten im Wasser unterdrückt werden. Obwohl sich Ooide wahrscheinlich durch rein anorganische Prozesse bilden, ist der Großteil der CaCO₃-Ausfällung in den Ozeanen das Ergebnis biologischer Aktivitäten. Ein Großteil davon findet auf Karbonatplattformen statt. ⓘ

Eine Luftaufnahme einer Niederschlagswolke aus dem Ontariosee. ⓘ

Der Ursprung des Karbonatschlamms und die Prozesse, durch die er in Mikrit umgewandelt wird, sind weiterhin Gegenstand der Forschung. Moderner Karbonatschlamm besteht hauptsächlich aus Aragonitnadeln mit einer Länge von etwa 5 Mikrometern. Nadeln dieser Form und Zusammensetzung werden von kalkhaltigen Algen wie Penicillus produziert, so dass dies eine plausible Quelle für Schlamm ist. Eine andere Möglichkeit ist die direkte Ausfällung aus dem Wasser. In flachen Gewässern tritt ein Phänomen auf, das als Whitings bekannt ist und bei dem weiße Schlieren mit verstreutem Mikrit auf der Wasseroberfläche erscheinen. Es ist ungewiss, ob es sich dabei um frisch ausgefällten Aragonit oder einfach nur um vom Boden aufgewirbeltes Material handelt, aber es gibt einige Hinweise darauf, dass Whitings durch biologische Ausfällung von Aragonit als Teil einer Blüte von Cyanobakterien oder Mikroalgen verursacht werden. Die stabilen Isotopenverhältnisse im modernen Karbonatschlamm scheinen jedoch mit keinem dieser Mechanismen übereinzustimmen, und als dritte Möglichkeit wurde der Abrieb von Karbonatkörnern in energiereichen Umgebungen ins Spiel gebracht. ⓘ

Die Bildung von Kalkstein wurde wahrscheinlich während des gesamten Phanerozoikums, der letzten 540 Millionen Jahre der Erdgeschichte, von biologischen Prozessen dominiert. Möglicherweise wurde Kalkstein im Präkambrium, also vor 540 Millionen Jahren, von Mikroorganismen abgelagert, doch waren anorganische Prozesse wahrscheinlich wichtiger und fanden wahrscheinlich in einem Ozean statt, der stärker mit Kalziumkarbonat übersättigt war als der heutige Ozean. ⓘ

Diagenese

Diagenese ist der Prozess, bei dem Sedimente verdichtet und in festes Gestein verwandelt werden. Während der Diagenese von Karbonatsedimenten kommt es zu erheblichen chemischen und strukturellen Veränderungen. So wird beispielsweise Aragonit in magnesiumarmes Calcit umgewandelt. Die Diagenese ist wahrscheinlich der Ursprung von Pisolithen, konzentrisch geschichteten Partikeln mit einem Durchmesser von 1 bis 10 Millimetern, die in einigen Kalksteinen vorkommen. Pisolithen ähneln oberflächlich gesehen Ooiden, haben jedoch keinen Kern aus Fremdmaterial, sitzen fest zusammen und weisen andere Anzeichen dafür auf, dass sie nach der ursprünglichen Ablagerung der Sedimente entstanden sind. ⓘ

Akcakoca Hornsteinknollen in weichem Kalkstein ⓘ

Makrostylolithen in einem Kalkstein. ⓘ

Die Verkieselung erfolgt früh in der Diagenese, bei niedrigem pH-Wert und niedriger Temperatur, und trägt zur Erhaltung der Fossilien bei. Die Verkieselung erfolgt durch die folgende Reaktion:

CaCO₃ + H2O + CO2 + H₄SiO₄ → SiO2 + Ca²⁺ + 2HCO-3 + 2 H2O ⓘ

Fossilien sind oft in Form von Hornstein sehr detailliert erhalten. ⓘ

Die Zementierung findet in Karbonatsedimenten rasch statt, in der Regel innerhalb von weniger als einer Million Jahren nach der Ablagerung. Ein Teil der Zementierung findet statt, während sich die Sedimente noch unter Wasser befinden und harte Böden bilden. Die Zementierung beschleunigt sich nach dem Rückzug des Meeres aus der Ablagerungsumgebung, wenn Regenwasser in die Sedimentschichten eindringt, oft innerhalb weniger tausend Jahre. Wenn sich das Regenwasser mit dem Grundwasser vermischt, werden Aragonit und Kalzit mit hohem Magnesiumgehalt in Kalzit mit niedrigem Kalziumgehalt umgewandelt. Die Zementierung dicker Karbonatablagerungen durch Regenwasser kann bereits vor dem Rückzug des Meeres beginnen, da Regenwasser über 100 Kilometer in die Sedimente unter dem Kontinentalschelf einsickern kann. ⓘ

Wenn Karbonatsedimente immer tiefer unter jüngeren Sedimenten vergraben sind, nimmt die chemische und mechanische Verdichtung der Sedimente zu. Die chemische Verdichtung erfolgt durch Drucklösung der Sedimente. Bei diesem Prozess werden Mineralien aus den Kontaktstellen zwischen den Körnern gelöst und im Porenraum wieder abgelagert, wodurch die Porosität des Kalksteins von einem ursprünglich hohen Wert von 40 % bis 80 % auf weniger als 10 % sinkt. Durch die Drucklösung entstehen markante Styolithe, unregelmäßige Oberflächen im Kalkstein, an denen sich kieselsäurereiche Sedimente ansammeln. Diese können die Auflösung und den Verlust eines beträchtlichen Teils der Kalksteinschicht widerspiegeln. In Tiefen von mehr als 1 km schließt die Zementierung im Erdreich den Lithifikationsprozess ab. Bei der Verschüttungszementierung entstehen keine Styolithe. ⓘ

Wenn die darüber liegenden Schichten erodiert werden und der Kalkstein näher an die Oberfläche kommt, findet die letzte Phase der Diagenese statt. Dabei entsteht eine sekundäre Porosität, da ein Teil des Zements durch Regenwasser, das in die Schichten eindringt, aufgelöst wird. Dabei kann es zur Bildung von Wannen kommen, d. h. von kristallinen Hohlräumen im Kalkstein. ⓘ

Die Diagenese kann die Umwandlung von Kalkstein in Dolomit durch magnesiumhaltige Flüssigkeiten beinhalten. Es gibt beträchtliche Anzeichen für die Verdrängung von Kalkstein durch Dolomit, einschließlich scharfer Verdrängungsgrenzen, die das Grundgebirge durchschneiden. Der Prozess der Dolomitisierung ist nach wie vor Gegenstand aktiver Forschung, aber zu den möglichen Mechanismen gehören der Kontakt mit konzentrierten Solen in heißen Umgebungen (Verdunstungsrückfluss) oder der Kontakt mit verdünntem Meerwasser in Deltas oder Flussmündungen (Dorag-Dolomitisierung). Die Dorag-Dolomitisierung ist jedoch als Mechanismus für die Dolomitisierung in Ungnade gefallen und wurde in einer Übersichtsarbeit aus dem Jahr 2004 unverblümt als "ein Mythos" bezeichnet. Gewöhnliches Meerwasser ist in der Lage, Kalzit in Dolomit umzuwandeln, wenn das Meerwasser regelmäßig durch das Gestein gespült wird, z. B. durch Ebbe und Flut (Gezeitenpumpen). Wenn die Dolomitisierung einmal begonnen hat, schreitet sie schnell voran, so dass es nur sehr wenig Karbonatgestein gibt, das eine Mischung aus Kalzit und Dolomit enthält. Karbonatgestein besteht in der Regel entweder fast ausschließlich aus Kalzit/Aragonit oder fast ausschließlich aus Dolomit. ⓘ

Vorkommen

Etwa 20 % bis 25 % der Sedimentgesteine bestehen aus Karbonatgestein, und der größte Teil davon ist Kalkstein. Kalkstein findet sich in Sedimentabfolgen, die bis zu 2,7 Milliarden Jahre alt sind. Die Zusammensetzung der Karbonatgesteine weist jedoch eine ungleichmäßige zeitliche Verteilung in der geologischen Aufzeichnung auf. Etwa 95 % der modernen Karbonate bestehen aus magnesiumreichem Calcit und Aragonit. Die Aragonitnadeln im Karbonatschlamm werden innerhalb weniger Millionen Jahre in magnesiumarmes Kalzit umgewandelt, da dies die stabilste Form des Kalziumkarbonats ist. Die alten Karbonatformationen des Präkambriums und Paläozoikums enthalten reichlich Dolomit, aber in den Karbonatschichten des Mesozoikums und Känozoikums dominiert Kalkstein. Moderner Dolomit ist recht selten. Es gibt Hinweise darauf, dass der moderne Ozean die Ausfällung von Aragonit begünstigt, während die Ozeane des Paläozoikums und des mittleren bis späten Känozoikums die Ausfällung von Calcit begünstigten. Dies könnte auf ein niedrigeres Mg/Ca-Verhältnis im Meerwasser jener Zeit hinweisen. Diese Magnesiumverarmung könnte eine Folge der schnelleren Ausbreitung des Meeresbodens sein, durch die dem Meerwasser Magnesium entzogen wird. Der moderne Ozean und der Ozean des Mesozoikums wurden als "Aragonitmeere" bezeichnet. ⓘ

Der meiste Kalkstein wurde in flachen Meeresumgebungen wie Kontinentalschelfen oder Plattformen gebildet. Solche Umgebungen machen nur etwa 5 % der Ozeanbecken aus, während Kalkstein an Kontinentalhängen und in der Tiefsee nur selten erhalten ist. Die besten Bedingungen für die Ablagerung sind warme Gewässer, die sowohl eine hohe organische Produktivität als auch eine erhöhte Sättigung des Kalziumkarbonats aufgrund niedrigerer Konzentrationen an gelöstem Kohlendioxid aufweisen. Moderne Kalksteinvorkommen befinden sich fast immer in Gebieten mit sehr geringer kieselsäurereicher Sedimentation, was sich in der relativen Reinheit der meisten Kalksteine widerspiegelt. Die Rifforganismen werden durch schlammiges, brackiges Flusswasser zerstört, und die Karbonatkörner werden durch viel härtere Silikatkörner zermahlen. Im Gegensatz zu klastischem Sedimentgestein wird Kalkstein fast ausschließlich aus Sedimenten hergestellt, die am oder in der Nähe des Ablagerungsortes entstanden sind. ⓘ

El Capitan, ein altes Kalkstein-Riff ⓘ

Kalksteinformationen neigen dazu, abrupte Veränderungen in der Dicke aufzuweisen. Große hügelartige Strukturen in einer Kalksteinformation werden als alte Riffe interpretiert, die, wenn sie in den geologischen Aufzeichnungen auftauchen, als Bioherme bezeichnet werden. Viele von ihnen sind reich an Fossilien, aber den meisten fehlt ein zusammenhängendes organisches Gerüst, wie es in modernen Riffen zu finden ist. Die fossilen Überreste liegen als einzelne Fragmente vor, eingebettet in eine reichhaltige Schlammmatrix. Ein Großteil der Ablagerungen deutet darauf hin, dass sie in der intertidalen oder supratidalen Zone entstanden sind, was darauf hindeutet, dass die Sedimente schnell den verfügbaren Platz auf dem Schelf oder der Plattform füllen. Ablagerungen werden auch am seewärtigen Rand von Schelfen und Plattformen begünstigt, wo nährstoffreiches Tiefenwasser aufsteigt, das die organische Produktivität erhöht. Riffe sind hier üblich, aber wenn sie fehlen, findet man stattdessen ooide Untiefen. Feinere Sedimente werden in Küstennähe abgelagert. ⓘ

Das Fehlen von Kalksteinen in der Tiefsee ist zum Teil auf die schnelle Subduktion der ozeanischen Kruste zurückzuführen, aber eher auf die Auflösung von Kalziumkarbonat in der Tiefe. Die Löslichkeit von Kalziumkarbonat nimmt mit dem Druck und noch mehr mit höheren Konzentrationen von Kohlendioxid zu, das durch den Zerfall organischer Stoffe entsteht, die sich in der Tiefsee absetzen und in den dunklen Tiefen nicht durch Photosynthese abgebaut werden. Infolgedessen gibt es einen ziemlich scharfen Übergang von mit Kalziumkarbonat gesättigtem Wasser zu mit Kalziumkarbonat ungesättigtem Wasser, die Lysokline, die in der Kalzitausgleichstiefe von 4.000 bis 7.000 Metern auftritt. Unterhalb dieser Tiefe lösen sich Foraminiferenproben und andere Skelettpartikel rasch auf, und die Sedimente des Meeresbodens gehen abrupt von karbonathaltigem Schlamm, der reich an Foraminiferen und Kokkolithenresten ist (Globigerina-Schlamm), in kieselhaltigen Schlamm über, dem Karbonate fehlen. ⓘ

Mønsted ist die größte Kalksteinmine der Welt. ⓘ

In seltenen Fällen begraben und konservieren Turbidite oder andere kieselsäurereiche Sedimente benthische Karbonatablagerungen (in der Tiefsee). Alte benthische Kalksteine sind mikrokristallin und werden durch ihre tektonische Lage bestimmt. Bei den Fossilien handelt es sich in der Regel um Foraminiferen und Coccolithen. Es sind keine benthischen Kalksteine aus der Zeit vor dem Jura bekannt, wahrscheinlich weil sich noch kein Plankton mit Karbonatschalen entwickelt hatte. ⓘ

Kalksteine bilden sich auch in Süßwasserumgebungen. Diese Kalksteine sind den marinen Kalksteinen nicht unähnlich, weisen aber eine geringere Vielfalt an Organismen und einen größeren Anteil an Kieselsäure und Tonmineralen auf, die für Mergel charakteristisch sind. Die Green River Formation ist ein Beispiel für eine bedeutende Süßwasser-Sedimentformation mit zahlreichen Kalksteinschichten. Süßwasserkalkstein ist in der Regel mikritisch. Fossilien von Charophyten (Steinkraut), einer Form von Süßwassergrünalgen, sind charakteristisch für diese Umgebungen, in denen die Charophyten Karbonate produzieren und einschließen. ⓘ

Kalksteine können sich auch in Evaporit-Ablagerungsgebieten bilden. Calcit ist eines der ersten Minerale, die sich in marinen Evaporiten ablagern. ⓘ

Kalkstein und lebende Organismen

Korallenriff bei Nusa Lembongan, Bali, Indonesien ⓘ

Der meiste Kalkstein wird durch die Aktivitäten lebender Organismen in der Nähe von Riffen gebildet, aber die für die Riffbildung verantwortlichen Organismen haben sich im Laufe der geologischen Zeit verändert. Stromatolithen zum Beispiel sind hügelförmige Strukturen in alten Kalksteinen, die als Kolonien von Cyanobakterien interpretiert werden, die Karbonatsedimente akkumulieren, aber Stromatolithen sind in jüngeren Kalksteinen selten. Organismen scheiden Kalkstein sowohl direkt als Teil ihres Skeletts als auch indirekt aus, indem sie dem Wasser durch Photosynthese Kohlendioxid entziehen und dadurch die Löslichkeit von Kalziumkarbonat verringern. ⓘ

Kalkstein weist dieselbe Bandbreite an Sedimentstrukturen auf wie andere Sedimentgesteine. Feinere Strukturen, wie z. B. die Schichtung, werden jedoch häufig durch die Wühltätigkeit von Organismen (Bioturbation) zerstört. Die feine Schichtung ist charakteristisch für Kalkstein, der sich in Playa-Seen gebildet hat, in denen die grabenden Organismen fehlen. Kalksteine weisen auch besondere Merkmale auf, wie z. B. geopetale Strukturen, die sich bilden, wenn sich gewölbte Muscheln mit der konkaven Seite nach unten auf dem Boden absetzen. Dadurch entsteht ein Hohlraum, der später durch Spatit aufgefüllt werden kann. Geologen nutzen geopetale Strukturen, um festzustellen, welche Richtung zum Zeitpunkt der Ablagerung oben war, was bei stark deformierten Kalksteinformationen nicht immer offensichtlich ist. ⓘ

Das Cyanobakterium Hyella balani kann sich durch Kalkstein bohren, ebenso wie die Grünalge Eugamantia sacculata und der Pilz Ostracolaba implexa. ⓘ

Mirkritische Schlammhügel

Mikrikitische Schlammhügel sind subkreisförmige Kuppeln aus mikritischem Kalzit, denen eine innere Struktur fehlt. Moderne Exemplare sind bis zu mehreren hundert Metern dick und haben einen Durchmesser von einem Kilometer, und sie haben steile Hänge (mit Neigungswinkeln von etwa 50 Grad). Sie können aus Peloiden bestehen, die von Strömungen zusammengeschwemmt und durch Thallasia-Gras oder Mangroven stabilisiert werden. Bryozoen können auch zur Bildung von Hügeln beitragen, indem sie helfen, Sedimente zu binden. ⓘ

Schlammhügel sind in der gesamten Erdgeschichte zu finden, und vor dem frühen Ordovizium waren sie der vorherrschende Rifftyp sowohl in tiefen als auch in flachen Gewässern. Diese Schlammhügel sind wahrscheinlich mikrobiellen Ursprungs. Nach dem Auftreten von rahmenbildenden Rifforganismen beschränkten sich die Schlammhügel hauptsächlich auf tieferes Wasser. ⓘ

Organische Riffe

Organische Riffe bilden sich in niedrigen Breitengraden in flachem Wasser, nicht mehr als ein paar Meter tief. Es handelt sich um komplexe, vielfältige Strukturen, die überall im Fossilbericht zu finden sind. Die rahmenbildenden Organismen, die für die Bildung organischer Riffe verantwortlich sind, sind für verschiedene geologische Zeiträume charakteristisch: Im frühen Kambrium traten Archaeocyathiden auf, die im späten Kambrium von Schwämmen abgelöst wurden; später folgten Stromatoporoide, Korallen, Algen, Bryozoen und Rudisten (eine Muschelart). Die Ausdehnung der organischen Riffe schwankte im Laufe der Erdgeschichte und war wahrscheinlich im mittleren Devon am größten, als sie eine Fläche von schätzungsweise 5.000.000 km² bedeckten. Das ist etwa zehnmal so groß wie die heutigen Riffe. Die devonischen Riffe wurden größtenteils von Stromatoporoiden und Stabkorallen aufgebaut, die beim Aussterben des späten Devons vernichtet wurden. ⓘ

Organische Riffe haben typischerweise eine komplexe innere Struktur. Ganzkörperfossilien sind in der Regel reichlich vorhanden, aber Ooide und Interklasten sind innerhalb des Riffs selten. Der Kern eines Riffs ist in der Regel massiv und ungebettet und wird von einem Talus umgeben, dessen Volumen größer ist als das des Kerns. Der Talus enthält reichlich Intraklasten und besteht in der Regel entweder aus Flotationsstein, bei dem 10 % oder mehr der Körner über 2 mm groß und in reichlich Matrix eingebettet sind, oder aus Ruderstein, der hauptsächlich aus großen Körnern und wenig Matrix besteht. Der Talus geht in planktonischen, feinkörnigen Karbonatschlamm über, der in der Nähe des Riffs in karbonatfreien Schlamm übergeht. ⓘ

Allgemein

Ansicht der Gipfelpyramide des Mount Everest (zirka obere 1500 Höhenmeter) von Westen, mit dem deutlich sichtbaren Gelben Band im oberen Teil. Darunter die dunklen Schiefer der North-Col-Formation. Oberhalb des Gelben Bandes, in relativ hellem Grau, der Kalkstein der Qomolangma-Formation. ⓘ

Kalksteine sind auf den Kontinenten und Schelfen sehr weit verbreitete Gesteine. Nach Angaben von Paul Williams und Derek Ford bedecken Karbonatsteine 10–15 % der nicht vereisten Landfläche. Man findet sie sowohl auf relativ alten geologischen Tafeln als auch in geologisch jungen Gebirgen. Innerhalb der sehr alten Schilde und den tiefen Meeresbecken treten sie jedoch zurück. Der allergrößte Teil der Kalksteine wurde ursprünglich im (Flach-)Meer gebildet und durch tektonische Prozesse über den Meeresspiegel gehoben. Terrestrische (auf dem Festland gebildete) Kalksteine benötigen fast immer ältere Kalksteinvorkommen in der Nähe, die als Liefergebiet des Calciums notwendig sind. Zum Beispiel sind die Kalktuffvorkommen in Thüringen immer an das Vorhandensein der Kalksteine aus dem Muschelkalk gekoppelt. ⓘ

Besonders verbreitet sind Kalksteine in der nördlichen Hemisphäre. Die alten Gondwana-Kontinente sind durch relativ kleine Vorkommen besetzt, außer an ihren Rändern mit flächig jüngeren kreidezeitlichen Kalkserien wie den Nullarbor Plain in Australien. Karbonate finden sich in allen Breitengraden sowie in allen Höhen der Erdoberfläche, vom nördlichen Sibirien und dem arktischen Kanadischen Schild bis zum Mount Everest sowie Florida oder Papua-Neuguinea. So ist auch der Gipfel des Mount Everest überwiegend aus Kalkstein aufgebaut. ⓘ

Europa

Karren im Burren, großflächige Karstlandschaft in Irland ⓘ

Die mächtigste Kalkserie Europas ist in der Dinarischen Karbonatplattform ausgebildet. Oberkreidezeitliche gebankte Kalke im Orjen. ⓘ

Große Kalksteinvorkommen befinden sich in Mitteleuropa im mittleren und südlichen Teil Deutschlands (dort vor allem Kalksteine aus dem Muschelkalk und dem oberen Jura), im Schweizer und Französischen Jura sowie in den nördlichen und südlichen Alpen. Weiterhin sind Kalksteine auch als eiszeitliches Geschiebe in Norddeutschland häufig zu finden. Die Kalksteingeschiebe stammen dabei meist aus Süd- und Mittelschweden sowie aus dem mittleren und nördlichen Ostseebecken. ⓘ

Großlandschaften, die ganz überwiegend von Kalkstein geprägt werden, sind zum Beispiel die Schwäbische und die Fränkische Alb, sowie die nördlichen Kalkalpen oder die Küste Dalmatiens. Das in Deutschland bekannteste Abbaugebiet befindet sich im Altmühltal mit dem Solnhofener Plattenkalk und dem Jurakalkstein. ⓘ

Bedeutende Travertinvorkommen befinden sich in Deutschland in Stuttgart-Bad Cannstatt und im Thüringer Becken (z. B. Weimar-Ehringsdorf). ⓘ

Kreide tritt an zahlreichen Standorten entlang des europäischen Kreidegürtels zutage. Der Gürtel reicht von Großbritannien über Frankreich bis in die mittlere Ostsee und wird stellenweise auch abgebaut. ⓘ

Mindestens seit der römischen Antike wird Kalkstein abgebaut, wie auf der Insel Brač (Baumaterial des Diokletianspalastes in Split). Zu einer der ältesten Abbaustätten für Kalkstein in Deutschland zählt der historische Kalksteinbruch Rüdersdorf in Brandenburg, der auf die Arbeit der Zisterzienser im 13. Jahrhundert zurückgeht. ⓘ

Ägypten

Im Alten Ägypten fand Kalkstein seit der ersten Dynastie als Baumaterial für die Gräber Mastaba und in der dritten bis sechsten Dynastie für die Pyramiden Verwendung. Dabei wurde der weniger gute, meist poröse Kalkstein für Fundamente und Kernbauten, der meist weiße, feine Kalkstein von östlichen Nilufer aus Mokkatam und Tura für Außenverkleidungen verwendet. Eine ausführliche Bestimmung der altägyptischen Kalksteinbrüche wurde von Dietrich Klemm und Rosemarie Klemm vorgenommen. ⓘ

Sonderformen des Kalksteines

Sinterterrassen in Pamukkale, Türkei ⓘ

Bänke des miozänen Kalksteins Marès an der Küste der Halbinsel Punta de n’Amer auf Mallorca ⓘ

Besondere Varietäten:

• Faxekalk
• Kalkarenit

Süßwasserkalke:

• Tropfstein
• Steinerne Rinne
• Mondmilch
• Kalk-Sinterterrassen von Pamukkale, Mammoth Hot Springs und im Nationalpark Plitvicer Seen ⓘ

Abbau

Kalkstein wird weltweit in großem Maßstab abgebaut, im Jahr 2020 entsprach das einer Menge von 427 Millionen Tonnen. Mit Abstand größter Produzent ist dabei die Volksrepublik China, deren Anteil im Jahr 2020 fast 72 % entsprach. Die vorhandenen Reserven an Kalkstein werden als sehr groß beschrieben. Eine Knappheit ist nicht zu befürchten. Einen Überblick über die Verteilung des weltweiten Abbaus gibt folgende Tabelle:

Fördermengen und Reserven ⓘ

Land	Fördermenge (in t)
	2019	2020
Australien	1.980.000	1.980.000
Belgien	1.560.000	1.500.000
Brasilien	8.100.000	8.000.000
Bulgarien	1.460.000	1.280.000
Volksrepublik China	310.000.000	310.000.000
Deutschland	7.100.000	7.100.000
Frankreich	2.600.000	2.600.000
Vereinigtes Königreich	1.500.000	1.500.000
Indien	16.000.000	15.000.000
Iran	3.450.000	3.600.000
Italien	3.500.000	3.400.000
Japan(Nur Branntkalk)	7.320.000	5.820.000
Kanada	1.710.000	2.060.000
Malaysia	1.600.000	1.480.000
Polen(gelöschter und Branntkalk)	2.700.000	1.680.000
Rumänien	1.960.000	1.280.000
Russland(Baukalk und industriell)	11.000.000	11.400.000
Slowenien	1.190.000	1.200.000
Spanien	1.800.000	1.700.000
Südafrika	1.300.000	1.200.000
Südkorea	5.200.000	5.100.000
Türkei	4.600.000	4.700.000
Ukraine	2.250.000	2.340.000
Vereinigte Staaten	16.900.000	15.800.000
Andere Länder	15.500.000	15.000.000
Summe (gerundet)	432.000.000	427.000.000

Kalksteinlandschaft

Die Herkuleskeule, ein hoher Kalksteinfelsen in Polen (im Hintergrund die Burg Pieskowa Skała) ⓘ

Die Samulá-Cenote in Valladolid, Yucatán, Mexiko

La Zaplaz-Formationen im Piatra Craiului-Gebirge, Rumänien.

Kalkstein ist teilweise löslich, vor allem in Säure, und bildet daher viele Erosionslandschaften. Dazu gehören Kalksteinpflaster, Schlaglöcher, Cenoten, Höhlen und Schluchten. Solche Erosionslandschaften werden als Karst bezeichnet. Kalkstein ist weniger erosionsbeständig als die meisten Eruptivgesteine, aber widerstandsfähiger als die meisten anderen Sedimentgesteine. Er ist daher in der Regel mit Hügeln und Niederungen verbunden und kommt in Regionen mit anderen Sedimentgesteinen, in der Regel Tonen, vor. ⓘ

In Karstgebieten, die über Kalksteinfelsen liegen, gibt es in der Regel weniger sichtbare oberirdische Quellen (Teiche und Bäche), da das Oberflächenwasser leicht durch Fugen im Kalkstein nach unten abfließt. Während des Abflusses vergrößern Wasser und organische Säuren aus dem Boden langsam (über Tausende oder Millionen von Jahren) diese Risse, lösen das Kalziumkarbonat auf und führen es in Lösung mit sich. Die meisten Höhlensysteme verlaufen durch Kalksteinfelsen. Abkühlendes Grundwasser oder die Vermischung verschiedener Grundwässer schaffen ebenfalls Bedingungen, die für die Höhlenbildung geeignet sind. ⓘ

Kalksteine an der Küste werden häufig von Organismen erodiert, die sich auf verschiedene Weise in das Gestein bohren. Dieser Prozess wird als Bioerosion bezeichnet. Er kommt vor allem in den Tropen vor und ist in der gesamten Fossilgeschichte bekannt. ⓘ

Kalksteinbänder tauchen an der Erdoberfläche in Form von oft spektakulären Felsen und Inseln auf. Beispiele dafür sind der Felsen von Gibraltar, der Burren in der irischen Grafschaft Clare, Malham Cove in North Yorkshire und die Isle of Wight in England, der Great Orme in Wales, Fårö in der Nähe der schwedischen Insel Gotland, der Niagara-Steilhang in Kanada/Vereinigte Staaten, Notch Peak in Utah, der Ha Long Bay National Park in Vietnam und die Hügel um den Lijiang-Fluss und die Stadt Guilin in China. ⓘ

Die Florida Keys, Inseln vor der Südküste Floridas, bestehen hauptsächlich aus oolithischem Kalkstein (die Lower Keys) und den Karbonatskeletten von Korallenriffen (die Upper Keys), die in diesem Gebiet während der Zwischeneiszeit gediehen, als der Meeresspiegel höher lag als heute. ⓘ

Einzigartige Lebensräume finden sich auf Alvaren, extrem ebenen Kalksteinflächen mit dünnen Bodenmänteln. Die größte solche Fläche in Europa ist der Stora Alvaret auf der Insel Öland, Schweden. Ein weiteres Gebiet mit großen Kalksteinvorkommen ist die Insel Gotland in Schweden. Riesige Steinbrüche in Nordwesteuropa, wie z. B. die des Berges Saint-Pierre (Belgien/Niederlande), erstrecken sich über mehr als hundert Kilometer. ⓘ

Verwendungen

Die megalithischen Tempel von Malta wie Ħaġar Qim sind vollständig aus Kalkstein gebaut. Sie gehören zu den ältesten freistehenden Bauwerken der Welt.

Die Große Pyramide von Gizeh, eines der sieben Weltwunder der Antike, hatte eine Außenverkleidung, die vollständig aus Kalkstein bestand.

Kalkstein ist ein Rohstoff, der weltweit auf vielfältige Weise verwendet wird, unter anderem im Bauwesen, in der Landwirtschaft und als Industriematerial. Kalkstein ist in der Architektur sehr verbreitet, insbesondere in Europa und Nordamerika. Viele Wahrzeichen auf der ganzen Welt, darunter die Große Pyramide und der dazugehörige Komplex in Gizeh, Ägypten, wurden aus Kalkstein gebaut. In Kingston, Ontario, Kanada, wurden und werden so viele Gebäude aus Kalkstein gebaut, dass die Stadt den Spitznamen "Kalksteinstadt" trägt. Aus Kalkstein, der durch Hitze und Druck umgewandelt wird, entsteht Marmor, der für viele Statuen, Gebäude und Steintischplatten verwendet wurde. Auf der Insel Malta war eine Kalksteinart namens Globigerina-Kalkstein lange Zeit das einzige verfügbare Baumaterial und wird auch heute noch sehr häufig für alle Arten von Gebäuden und Skulpturen verwendet. ⓘ

Kalkstein kann in vielen verschiedenen Formen verarbeitet werden, z. B. als Ziegelstein, Zement, pulverisiert/gebrochen oder als Füllstoff. Kalkstein ist leicht verfügbar und lässt sich relativ einfach zu Blöcken oder aufwändigeren Schnitzereien verarbeiten. Altamerikanische Bildhauer schätzten Kalkstein, weil er leicht zu bearbeiten war und sich gut für feine Details eignete. In der späten vorklassischen Periode (200-100 v. Chr.) schuf die Maya-Zivilisation (Altmexiko) aufgrund dieser ausgezeichneten Schnitteigenschaften raffinierte Skulpturen aus Kalkstein. Die Maya schmückten die Decken ihrer heiligen Gebäude (bekannt als Türstürze) und verkleideten die Wände mit geschnitzten Kalksteinplatten. In diese Skulpturen wurden politische und soziale Geschichten eingemeißelt, die dazu dienten, Botschaften des Königs an sein Volk zu übermitteln. Kalkstein ist langlebig und hält der Witterung gut stand, was erklärt, warum viele Kalksteinruinen erhalten sind. Allerdings ist er sehr schwer (Dichte 2,6), was ihn für hohe Gebäude unpraktisch macht, und als Baumaterial relativ teuer. ⓘ

Kalkstein war im späten 19. und frühen 20. Jahrhundert sehr beliebt. Bahnhöfe, Banken und andere Bauwerke aus dieser Zeit wurden in der Regel aus Kalkstein errichtet. An einigen Wolkenkratzern wird er als Fassade verwendet, allerdings nur in Form von dünnen Platten zur Verkleidung und nicht als massive Blöcke. In den Vereinigten Staaten ist Indiana, vor allem die Gegend um Bloomington, seit langem eine Quelle für hochwertigen Kalkstein, den so genannten Indiana-Kalkstein. Viele berühmte Gebäude in London sind aus Portland-Kalkstein gebaut. Die Häuser, die im 19. Jahrhundert in Odessa in der Ukraine gebaut wurden, sind größtenteils aus Kalkstein errichtet worden, und die umfangreichen Überreste der Minen bilden heute die Katakomben von Odessa. ⓘ

Auch im Mittelalter war Kalkstein in den Gebieten, in denen er vorkam, ein sehr beliebter Baustein, da er hart und haltbar ist und häufig an leicht zugänglichen Stellen auftritt. Viele mittelalterliche Kirchen und Schlösser in Europa sind aus Kalkstein gebaut. Bierstein war eine beliebte Kalksteinart für mittelalterliche Gebäude in Südengland. ⓘ

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  Kalksteinbruch in Cedar Creek, Virginia, USA

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  Der Kalksteinbruch von Nordkalk in Pargas, Finnland

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  Schneiden von Kalksteinblöcken in einem Steinbruch in Gozo, Malta

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  Kalkstein als Baumaterial

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  Kalkstein wird weltweit als Baumaterial verwendet. ⓘ

Kalkstein ist der Rohstoff für die Herstellung von Kalk, der vor allem für die Behandlung von Böden, die Reinigung von Wasser und die Verhüttung von Kupfer bekannt ist. Kalk ist ein wichtiger Bestandteil in der chemischen Industrie. Kalkstein und (in geringerem Maße) Marmor reagieren auf saure Lösungen, so dass saurer Regen ein erhebliches Problem für die Erhaltung von Artefakten aus diesem Stein darstellt. Viele Statuen und Gebäudeoberflächen aus Kalkstein haben durch sauren Regen schwere Schäden erlitten. Ebenso wurde Kalksteinkies zum Schutz von Seen verwendet, die durch sauren Regen gefährdet sind, da er als pH-Puffer dient. Reinigungschemikalien auf Säurebasis können Kalkstein ebenfalls angreifen, so dass er nur mit einem neutralen oder milden alkalischen Reinigungsmittel gereinigt werden sollte. ⓘ

Eine Kalksteinplatte mit einer Negativkarte von Moosburg in Bayern wird für einen Steindruck vorbereitet. ⓘ

Plastiktüte "hauptsächlich aus Kalkstein hergestellt". ⓘ

Weitere Verwendungszwecke sind:

• Er ist der Rohstoff für die Herstellung von Branntkalk (Calciumoxid), gelöschtem Kalk (Calciumhydroxid), Zement und Mörtel.
• Pulverisierter Kalkstein wird als Bodenverbesserer verwendet, um saure Böden zu neutralisieren (landwirtschaftlicher Kalk).
• Er wird zerkleinert, um als Zuschlagstoff - die feste Grundlage für viele Straßen - und in Asphaltbeton verwendet zu werden.
• Als Reagenz in der Rauchgasentschwefelung, wo er zur Luftreinhaltung mit Schwefeldioxid reagiert.
• In der Glasherstellung, insbesondere bei der Herstellung von Kalknatronglas.
• Als Zusatzstoff in Zahnpasta, Papier, Kunststoffen, Farben, Fliesen und anderen Materialien, sowohl als Weißpigment als auch als billiger Füllstoff.
• Als Gesteinsstaub, um Methanexplosionen in unterirdischen Kohlebergwerken zu unterdrücken.
• Gereinigt wird es Brot und Getreide als Kalziumquelle zugesetzt.
• Als Kalziumzusatz in Viehfutter, z. B. für Geflügel (in gemahlener Form).
• Zur Remineralisierung und Erhöhung der Alkalinität von gereinigtem Wasser, um Rohrkorrosion zu verhindern und den Gehalt an wichtigen Nährstoffen wiederherzustellen.
• In Hochöfen verbindet sich Kalkstein mit Siliziumdioxid und anderen Verunreinigungen, um diese aus dem Eisen zu entfernen.
• Er kann bei der Entfernung von toxischen Bestandteilen helfen, die in Kohleverbrennungsanlagen und in Schichten von verschmutzten Metallschmelzen entstehen. ⓘ

Viele Kalksteinformationen sind porös und durchlässig, was sie zu wichtigen Erdölreservoirs macht. Etwa 20 % der nordamerikanischen Kohlenwasserstoffreserven befinden sich in Karbonatgestein. Karbonatvorkommen sind im erdölreichen Nahen Osten sehr verbreitet, und etwa ein Drittel aller Erdölreserven weltweit befindet sich in Karbonatvorkommen. Kalksteinformationen sind auch häufige Quellen für Metallerze, da ihre Porosität und Durchlässigkeit zusammen mit ihrer chemischen Aktivität die Ablagerung von Erzen im Kalkstein fördert. Die Blei-Zink-Lagerstätten in Missouri und den Nordwest-Territorien sind Beispiele für Erzlagerstätten in Kalkstein. ⓘ

Bucht von Gislöv mit den dortigen Kalksteinfelsen, die erkennbar als Steinbruch für Mühlsteine genutzt wurden ⓘ

Je nach ihren Eigenschaften sind Kalksteine äußerst vielseitig verwendbar. Vor allem dichte Kalksteine werden als leicht zu bearbeitende Naturwerksteine verwendet. ⓘ

Für die Baustoffindustrie ist Kalkstein einer der wichtigsten Rohstoffe. Dafür wird er in Kalkwerken aufbereitet und zu Branntkalk umgesetzt. Je nach Lagerstätte hat der Kalkstein beim Brennen ein unterschiedliches Verhalten hinsichtlich der Kinetik, des Energieverbrauchs und der entstehenden Branntkalkqualität. Er wird gemahlen und mit tonigen Materialien vermischt zu Zement gebrannt, welcher das Bindemittel für die Herstellung von Beton (Gemisch aus Zement, Wasser und Zuschlagstoffen wie Sand und Kies) ist. Kalkstein wird in der Glasindustrie verwendet, da es Calcium in die Glasschmelze einbringt. ⓘ

Als Carbonat dient Kalkstein der Rauchgasentschwefelung. Fein gemahlener Kalkstein wird in der Land- und Wasserwirtschaft gegen die Versauerung von Böden und Gewässer benutzt. Die Calciumverbindung findet als Zuschlag in der Glasindustrie und zur Schlackebildung in der Hüttenindustrie Verwendung. Auf Grund seiner Zusammensetzung wird Kalkstein auch als Düngemittel eingesetzt. ⓘ

Sehr reine Kalksteine (Weißkalk) sind Rohstoff für die chemische Industrie oder werden zu Terrazzo weiterverarbeitet (Ulmer Weißkalk). ⓘ

Poröse Kalksteine, vor allem die Fossilkalke, sind eines der wichtigsten Speichergesteine für Erdöl und Erdgas. Die reichsten Erdöllagerstätten der Erde auf der Arabischen Halbinsel befinden sich in Riffkalken, die im Jura und in der Kreidezeit entstanden sind. Deshalb dient Kalkstein als Indikator bei der Prospektion von Lagerstätten. ⓘ

Kalksteine geringerer Qualität, die normalerweise als Abfallprodukte betrachtet wurden, wurden in den letzten Jahren verstärkt zur Herstellung von Steinpapier eingesetzt. ⓘ

Knappheit

Kalkstein ist ein wichtiger Industrierohstoff, der ständig nachgefragt wird. Seit dem neunzehnten Jahrhundert ist dieser Rohstoff für die Eisen- und Stahlindustrie unverzichtbar. Jahrhundert unverzichtbar für die Eisen- und Stahlindustrie. Die Unternehmen hatten noch nie einen Mangel an Kalkstein, doch ist er zu einem Problem geworden, da die Nachfrage weiter steigt und er auch heute noch sehr gefragt ist. Jahrhundert waren die regionale Verfügbarkeit und die Zugänglichkeit die größten potenziellen Bedrohungen für das Angebot. Die beiden Hauptprobleme bei der Zugänglichkeit waren der Transport und die Eigentumsrechte. Weitere Probleme waren die hohen Kapitalkosten für Anlagen und Einrichtungen aufgrund von Umweltvorschriften und die Notwendigkeit von Raumordnungs- und Bergbaugenehmigungen. Diese beiden vorherrschenden Faktoren führten zur Anpassung und Auswahl anderer Materialien, die geschaffen und geformt wurden, um Alternativen für Kalkstein zu entwickeln, die den wirtschaftlichen Anforderungen entsprachen. ⓘ

Kalkstein wurde als kritischer Rohstoff eingestuft, und angesichts des potenziellen Risikos einer Verknappung sah sich die Industrie gezwungen, neue alternative Materialien und technologische Systeme zu finden. Dadurch konnte Kalkstein nicht mehr als kritisch eingestuft werden, da die Produktion von Ersatzstoffen zunahm; Minette-Erz ist zum Beispiel ein gängiger Ersatzstoff. ⓘ

Sicherheit und Gesundheitsschutz am Arbeitsplatz

NFPA 704 Feuerdiamant ⓘ
1 0 0 Kalkstein

Kalksteinpulver als Lebensmittelzusatzstoff ist allgemein als sicher anerkannt, und Kalkstein gilt nicht als Gefahrstoff. Kalksteinstaub kann jedoch die Atemwege und die Haut leicht reizen, und Staub, der in die Augen gelangt, kann Hornhautabschürfungen verursachen. Da Kalkstein geringe Mengen an Siliziumdioxid enthält, kann das Einatmen von Kalksteinstaub möglicherweise zu Silikose oder Krebs führen. ⓘ

Vereinigte Staaten

Die Occupational Safety and Health Administration (OSHA) hat den gesetzlichen Grenzwert (zulässiger Expositionsgrenzwert) für die Exposition gegenüber Kalkstein am Arbeitsplatz auf 15 mg/m³ Gesamtexposition und 5 mg/m³ Atemexposition an einem 8-Stunden-Arbeitstag festgelegt. Das National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) hat einen empfohlenen Grenzwert (REL) von 10 mg/m³ Gesamtexposition und 5 mg/m³ Atemexposition an einem 8-Stunden-Arbeitstag festgelegt. ⓘ

Graffiti

Die Entfernung von Graffiti auf verwittertem Kalkstein ist schwierig, da es sich um ein poröses und durchlässiges Material handelt. Die Oberfläche ist brüchig, so dass bei den üblichen Abschleifmethoden die Gefahr besteht, dass die Oberfläche stark beschädigt wird. Da es sich um ein säureempfindliches Gestein handelt, können einige Reinigungsmittel wegen ihrer nachteiligen Auswirkungen nicht verwendet werden. ⓘ

Galerie

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  Ein stratigrafischer Abschnitt des ordovizischen Kalksteins in Zentral-Tennessee, USA. Die weniger widerstandsfähigen und dünneren Schichten bestehen aus Schiefer. Die vertikalen Linien sind Bohrlöcher für Sprengstoff, der beim Straßenbau verwendet wurde.

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  Foto und geätzter Schnitt einer Probe des fossilführenden Kalksteins aus der Kope-Formation (oberes Ordovizium) in der Nähe von Cincinnati, Ohio, USA.

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  Biosparit-Kalkstein aus der Brassfield-Formation (Untersilur) bei Fairborn, Ohio, USA, mit Körnern, die hauptsächlich aus Seelilienfragmenten bestehen

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  Ein konkretionärer, knotiger (septarischer) Kalkstein im Jinshitan Coastal National Geopark, Dalian, China

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  Kalkstein aus dem Tai-See, der für Gongshi, eine chinesische Steinkunst, verwendet wird

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  Gefaltete Kalksteinschichten am Cascade Mountain im Provo Canyon, Utah

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  Fossilien in Kalkstein aus der nördlichen Schwarzmeerregion

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  Kalksteinverbreitung in Ohio, aus "Geography of Ohio", 1923

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  Kreide ist eine Variante des Kalksteins. Es handelt sich um ein weicheres und pulverförmigeres Material. ⓘ

Begriffsklärung

Die Seven Sisters an der südenglischen Kreideküste ⓘ

Der Begriff Kalkstein 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. ⓘ

Stinkkalk (Zechstein, Marsberg) ⓘ

Entstehung von Kalkstein

Kalksteine können innerhalb der Sedimentgesteine mehreren Typen angehören. Der überwiegende Teil der Kalksteine ist aber biogenen Ursprungs, das heißt, er wurde von Lebewesen gebildet und abgelagert. Kalkstein kann aber auch durch chemische Prozesse (die wiederum von Lebewesen beeinflusst werden können) aus dem Wasser ausgefällt werden. Weiterhin kann ein Gestein, welches aus Calciumcarbonat besteht (Kalkstein oder Marmor), abgetragen, transportiert und an anderer Stelle als klastisches Sediment wieder abgelagert werden. ⓘ

Biogener Kalkstein

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 – auch die Kreide zählt dazu – sind für gewöhnlich feine, mikrokristalline Sedimentgesteine, 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. Aufgrund ihrer oft massigen Struktur werden sie auch als Massenkalke bezeichnet. Man findet im Gestein aber auch ausgefällten Calcit, so dass fließende Übergänge zum ausgefällten Kalkstein existieren. 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. ⓘ

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. ⓘ

Fossilkalke

Adneter Marmor, Riffkalk mit Korallenstock, Österreich ⓘ

Adneter Tropfmarmor, Korallenkalk ⓘ

Roter Kalkstein mit Crinoiden ⓘ

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 an Korallenriffen bedeutende Gesteinsmächtigkeiten entstehen können. Andere, häufig zu findende Fossilkalke benennt man nach ihren (hauptsächlichen) Gesteinsbildnern Molluskenkalk, Foraminiferenkalk (auch Nummulitenkalk), Brachiopodenkalk, Bryozoenkalk, Goniatitenkalk, Crinoidenkalk oder nach anderen Tiergruppen. Nulliporenkalk entsteht durch kalkabscheidende, mehrzellige Algen. Gestein aus Muschelschalen bezeichnet man als Muschelkalk oder, wenn die Struktur sehr deutlich sichtbar ist, als Muschelschill. ⓘ

Bei den im Kalkstein erhaltenen Fossilien wird 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 geeigneter Stelle (z. B. Stromschatten) wieder abgelagert. Die darin enthaltenen Lebewesen haben meist nicht ein Biotop bewohnt. ⓘ

Während Korallen- und andere Riffkalke sich als bereits recht feste Kalksteine bilden, durchlaufen die anderen Fossilkalke zunächst eine diagenetische Verfestigung ähnlich den oben erläuterten Massenkalken. Durch nachträgliche Umkristallisierungen können sich alle Fossilkalke, auch die Riffkalke, deutlich verändern. ⓘ

Chemisch und biogen ausgefällter Kalkstein

Kalksinterablagerung aus einem römischen Aquädukt; gut erkennbar ist die unterschiedlich starke, aber dichte Sinterschichtung (Durchschnitt 1 mm/Jahr). ⓘ

Natürlich vorkommendes Wasser (sowohl Meer- als auch Süßwasser) enthält immer in mehr oder weniger großen Mengen Calciumhydrogencarbonat, dieses steht mit Calciumcarbonat, Kohlendioxid und Wasser in einem chemischen Gleichgewicht. Gelangt weiteres Calciumcarbonat in das Wasser (aber nicht mehr Kohlendioxid, das Voraussetzung zur Entstehung des -hydrogencarbonats ist), so verschiebt sich das Gleichgewicht auf die Seite des Calciumcarbonats, das wegen seiner geringen Wasserlöslichkeit ausfällt. So erzeugtes Calciumcarbonat war vorher kein Bestandteil von Lebewesen. Damit können Kalksteine Bestandteil von Evaporitserien sein. Innerhalb der Eindampfungsfolge tritt Kalkstein wegen der vergleichsweise geringen Löslichkeit des Calciumcarbonats an der Basis der Gesteinsserie auf. Er wird als erstes abgeschieden. Im Weiteren folgen meist Gips und darüber die leicht löslichen Salzgesteine, zum Beispiel 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 ganz auf die Seite des gut löslichen Calciumhydrogencarbonats verschiebt. Calcit-Kristalle können aber bis zur so definierten Carbonatkompensationslinie absinken. ⓘ

Der Fällung des Calciumcarbonats kann völlig ohne Beteiligung von Lebewesen ablaufen, wird aber meist durch die Aktivität von Lebewesen (vor allem Algen, im Süßwasser auch Moose) 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 und Kalkschlämme bilden. Ihre Diagenese führt zu einem festen Kalkstein. Im zweiten Fall wachsen die Calcitkristalle direkt auf andere Kristalle am Gewässergrund auf, so dass sie sich auch in Fließgewässern absetzen können. Dieser Mechanismus ist für die Entstehung von Travertin und Kalktuff notwendig. ⓘ

Zu den chemisch ausgefällten Kalksteinen zählen auch die kalkigen Oolithe, bei denen die Carbonatabscheidung konzentrisch um Kristallisationskeime herum erfolgte. ⓘ

Klastische Kalksteine

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 eine der Kategorien der klastischen Sedimente. Für gewöhnlich haben diese Sedimente eine grobe Korngröße, da bei kleineren Partikeln Carbonat schnell zerstört wird. Ebenso wurden aufgrund der geringen mechanischen und chemischen Widerständigkeit die Körner meist nur über kurze Entfernungen transportiert. Am weitesten verbreitet sind sogenannte Riffhangbrekzien, bei denen sich am Fuße eines Korallenriffes abgebrochenes, meist eckiges Riffmaterial ansammelt. Petrographisch handelt es sich dabei eher um eine Brekzie als um einen Kalkstein. 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 kleinen Klasten. ⓘ

Einteilung der klastischen Kalksteine (nach der durchschnittlichen Korngröße):

• Rudit > 2 mm
• Arenit 2–0,063 mm
• Siltit 0,063–0,004 mm
• Lutit 0,004–0,001 mm
• Kryptit < 0,001 mm ⓘ

Verwitterung des Kalksteins

Karst und Süßwasserkalke

Wegen der vergleichsweise guten Löslichkeit des Carbonats ist Kalkstein ein für die chemische Verwitterung relativ anfälliges Gestein und bildet daher spezielle Lösungsformen. Umgekehrt kann das gelöste Carbonat ausgefällt werden und spezielle Gesteine und Formen (Kalktuff, Kalksinter, Travertin) bilden. Beides wird unter der Bezeichnung Verkarstung oder Karst zusammengefasst. ⓘ

Aus der Verwitterung ausgesetzten Kalksteinen bildet sich ein charakteristischer Bodentyp heraus, die Rendzina. Verwittert Kalkgestein im Untergrund, entstehen Höhlen. Im Zusammenspiel verschiedener Faktoren, wie der Löslichkeit, bilden sich Tropfsteinhöhlen, in denen Tropfsteine als Kalksinter wachsen. ⓘ

Physische Verwitterung

Frostverwitterung von Kalkstein. Oberkreidezeitliche Decke des Hochkarstes im Orjen ⓘ

Kalkstein verwittert leicht unter subarktischen und arktischen Klimaten sowie im Hochgebirge durch Frostsprengung und bildet dann kataklastische Brekzien. Der spröde Stein ist bei Wechselfrösten sowie hoher Feuchtigkeit anfällig. Er verwittert zu periglazialen Lagen, wie sie rezent in den Kalkhochgebirgen sowie seltener in den arktischen Breiten flächig gefunden werden. Periglazialer Kalkfrostschutt sammelt sich an Nordhängen oder in beschatteten Mulden; er ist kantig und zeigt klimabedingt kaum Zeichen chemischer Verwitterung. Kalkschutt der Hochgebirge wird erst, wenn er beruhigt ist, durch Pflanzen besiedelt. Diese folgen einer Sukzession, die in den Alpen entweder über die Flora der Kalkschutt- oder Kalkschneetälchen weiter Spaliersträucher zu Bergkiefergebüschen führt. ⓘ

Natursteinsorten

• Adneter Kalkstein (Österreich)
• Kaiserstein
• Jura-Kalkstein (Bayern)
• Solnhofener Plattenkalk (Bayern)
• Elmkalkstein (Niedersachsen)
• Cannstatter Travertin (Baden-Württemberg)
• Blaustein (Naturstein) (Nordrhein-Westfalen)
• Belgisch Granit bzw. Petit Granit (Belgien)
• Irish Limestone (Irland)
• Marès (Mallorca)
• Meleke (Israel)
• Savonnières (Frankreich)
• Urgonien (Frankreich) ⓘ