Caliza

La caliza es un tipo de roca sedimentaria carbonatada que constituye la principal fuente de la cal . Está compuesta principalmente por los minerales calcita y aragonita , que son diferentes formas cristalinas del carbonato _de calcio CaCO₃ . La caliza se forma cuando estos minerales precipitan del agua que contiene calcio disuelto . Esto puede ocurrir mediante procesos biológicos y no biológicos, aunque los procesos biológicos, como la acumulación de corales y conchas en el mar, probablemente han sido más importantes durante los últimos 540 millones de años. ^{[ 1 ] [ 2 ]} La caliza suele contener fósiles que proporcionan a los científicos información sobre los entornos antiguos y la evolución de la vida. ^{[ 3 ]}

Aproximadamente entre el 20% y el 25% de la roca sedimentaria es roca carbonatada, y la mayor parte de esta es caliza. ^{[ 4 ] [ 3 ]} La roca carbonatada restante es principalmente dolomita , una roca estrechamente relacionada, que contiene un alto porcentaje del mineral dolomita , CaMg(CO ₃ ) ₂ . La caliza magnésica es un término obsoleto y mal definido que se usa indistintamente para la dolomita, para la caliza que contiene una cantidad significativa de dolomita ( caliza dolomítica ), o para cualquier otra caliza que contenga un porcentaje significativo de magnesio . ^{[ 5 ]} La mayor parte de la caliza se formó en ambientes marinos poco profundos , como plataformas continentales o plataformas , aunque cantidades menores se formaron en muchos otros ambientes. Gran parte de la dolomita es dolomita secundaria, formada por alteración química de la caliza. ^{[ 6 ] [ 7 ]} La caliza está expuesta en grandes regiones de la superficie terrestre, y debido a que la caliza es ligeramente soluble en agua de lluvia, estas exposiciones a menudo se erosionan para convertirse en paisajes kársticos . La mayoría de los sistemas de cuevas se encuentran en lechos rocosos de piedra caliza.

La piedra caliza tiene numerosos usos: como materia prima química para la producción de cal utilizada en el cemento (un componente esencial del hormigón ), como árido para la base de carreteras, como pigmento blanco o relleno en productos como pasta de dientes o pintura, como acondicionador de suelos y como un popular elemento decorativo en jardines de rocas . Las formaciones calizas contienen aproximadamente el 30 % de las reservas mundiales de petróleo . ^{[ 3 ]}

La caliza se compone principalmente de los minerales calcita y aragonita , que son diferentes formas cristalinas del carbonato de calcio ₍ CaCO₃ ) . La dolomita , CaMg(CO₃ ₎ ₂ _, es un mineral poco común en la caliza, y la siderita u otros minerales carbonatados son raros. Sin embargo, la calcita en la caliza a menudo contiene un pequeño porcentaje de magnesio . La calcita en la caliza se divide en calcita con bajo contenido de magnesio y calcita con alto contenido de magnesio, con la línea divisoria establecida en una composición de 4% de magnesio. La calcita con alto contenido de magnesio conserva la estructura mineral de la calcita, que es distinta de la dolomita. La aragonita no suele contener magnesio significativo. ^{[ 8 ]} La mayor parte de la caliza es, por lo demás, químicamente bastante pura, con sedimentos clásticos (principalmente cuarzo de grano fino y minerales arcillosos ) que constituyen menos del 5% ^{[ 9 ]} al 10% ^{[ 10 ]} de la composición. La materia orgánica normalmente constituye alrededor del 0,2% de una caliza y rara vez supera el 1%. ^{[ 11 ]}

La caliza suele contener cantidades variables de sílice en forma de sílex o fragmentos esqueléticos silíceos (como espículas de esponja , diatomeas o radiolarios ). ^{[ 12 ]} Los fósiles también son comunes en la caliza. ^{[ 3 ]}

La piedra caliza suele ser de color blanco a gris. La piedra caliza con un contenido inusualmente alto de materia orgánica puede ser casi negra, mientras que trazas de hierro o manganeso pueden darle un color blanquecino, amarillo o rojo. La densidad de la piedra caliza depende de su porosidad, que varía desde el 0,1 % para la piedra caliza más densa hasta el 40 % para la tiza. La densidad correspondiente oscila entre 1,5 y 2,7 ​​g/cm³ ^. Aunque relativamente blanda, con una dureza Mohs de 2 a 4, la piedra caliza densa puede tener una resistencia a la compresión de hasta 180 MPa . ^{[ 13 ]} En comparación, el hormigón suele tener una resistencia a la compresión de unos 40 MPa. ^{[ 14 ]}

Aunque las calizas muestran poca variabilidad en su composición mineral, presentan una gran diversidad en su textura. ^{[ 15 ]} Sin embargo, la mayoría de las calizas consisten en granos del tamaño de la arena en una matriz de lodo carbonatado. Debido a que las calizas suelen ser de origen biológico y generalmente se componen de sedimentos depositados cerca de su lugar de formación, su clasificación se basa habitualmente en el tipo de grano y el contenido de lodo. ^{[ 9 ]}

Granos

La mayoría de los granos en la caliza son fragmentos esqueléticos de organismos marinos como corales o foraminíferos . ^{[ 16 ]} Estos organismos secretan estructuras hechas de aragonita o calcita y las dejan atrás cuando mueren. Otros granos carbonatados que componen las calizas son ooides , peloides y calclastos ( intraclastos y extraclastos ). ^{[ 17 ]}

Los granos esqueléticos tienen una composición que refleja los organismos que los produjeron y el ambiente en el que se produjeron. ^{[ 18 ]} Los granos esqueléticos de calcita con bajo contenido de magnesio son típicos de braquiópodos articulados , foraminíferos planctónicos (de flotación libre) y cocolitos . Los granos esqueléticos de calcita con alto contenido de magnesio son típicos de foraminíferos bentónicos (que habitan en el fondo marino), equinodermos y algas coralinas . Los granos esqueléticos de aragonita son típicos de moluscos , algas verdes calcáreas , estromatopóridos , corales y gusanos tubícolas . Los granos esqueléticos también reflejan períodos geológicos y ambientes específicos. Por ejemplo, los granos de coral son más comunes en ambientes de alta energía (caracterizados por fuertes corrientes y turbulencia), mientras que los granos de briozoos son más comunes en ambientes de baja energía (caracterizados por aguas tranquilas). ^{[ 19 ]}

Los ooides (a veces llamados oolitos) son granos del tamaño de la arena (menos de 2 mm de diámetro) que consisten en una o más capas de calcita o aragonita alrededor de un grano central de cuarzo o un fragmento de mineral carbonatado. Probablemente se forman por precipitación directa de carbonato de calcio sobre el ooide. Los pisolitos son similares a los ooides, pero tienen un  diámetro mayor a 2 mm y tienden a ser de forma más irregular. La caliza compuesta principalmente de ooides se denomina oolita o, a veces, caliza oolítica . Los ooides se forman en ambientes de alta energía, como la plataforma de las Bahamas, y las oolitas suelen mostrar estratificación cruzada y otras características asociadas con la deposición en corrientes fuertes. ^{[ 20 ] [ 21 ]}

Los oncolitos se asemejan a los ooides, pero muestran una estructura interna radial en lugar de estratificada, lo que indica que fueron formados por algas en un ambiente marino normal. ^{[ 20 ]}

Los peloides son granos sin estructura de carbonato microcristalino, probablemente producidos por diversos procesos. ^{[ 22 ]} Se cree que muchos son gránulos fecales producidos por organismos marinos. Otros pueden ser producidos por algas endolíticas (perforantes) ^{[ 23 ]} u otros microorganismos ^{[ 24 ]} o por la descomposición de conchas de moluscos. ^{[ 25 ]} Son difíciles de ver en una muestra de caliza, excepto en secciones delgadas, y son menos comunes en calizas antiguas, posiblemente porque la compactación de los sedimentos carbonatados los desintegra. ^{[ 23 ]}

Los calclásticos son fragmentos de caliza existente o sedimentos carbonatados parcialmente litificados . Los intraclastos son calclásticos que se originan cerca de donde se depositan en la caliza, mientras que los extraclastos provienen de fuera del área de deposición. Los intraclastos incluyen la grapestone , que son cúmulos de peloides cementados entre sí por material orgánico o cemento mineral. Los extraclastos son poco comunes, generalmente van acompañados de otros sedimentos clásticos e indican deposición en un área tectónicamente activa o como parte de una corriente de turbidez . ^{[ 26 ]}

Otras características

Los afloramientos de caliza se reconocen en el campo por su blandura (tanto la calcita como la aragonita tienen una dureza Mohs inferior a 4, muy por debajo de los minerales de silicato comunes) y porque la caliza burbujea vigorosamente cuando se deja caer sobre ella una gota de ácido clorhídrico diluido . La dolomita también es blanda, pero reacciona débilmente con el ácido clorhídrico diluido y, por lo general, se meteoriza adquiriendo un característico color amarillo-marrón opaco debido a la presencia de hierro ferroso. Este se libera y se oxida a medida que la dolomita se meteoriza. ^{[ 9 ]} Las impurezas (como arcilla , arena, restos orgánicos, óxido de hierro y otros materiales) harán que las calizas presenten diferentes colores, especialmente en las superficies meteorizadas .

La composición de un afloramiento de roca carbonatada se puede estimar en el campo mediante el grabado de la superficie con ácido clorhídrico diluido. Esto elimina la calcita y la aragonita, dejando al descubierto los granos de sílice o dolomita. Estos últimos se pueden identificar por su forma romboédrica . ^{[ 9 ]}

Cristales de calcita, cuarzo , dolomita o barita pueden revestir pequeñas cavidades ( vugs ) en la roca. Las vugs son una forma de porosidad secundaria, formada en la caliza existente por un cambio en el entorno que aumenta la solubilidad de la calcita. ^{[ 32 ]}

La caliza densa y masiva a veces se describe como "mármol". Por ejemplo, el famoso "mármol" de Portoro, en Italia, es en realidad una caliza negra densa. ^{[ 33 ]} El mármol verdadero se produce por la recristalización de la caliza durante el metamorfismo regional que acompaña al proceso de formación de montañas ( orogenia ). Se distingue de la caliza densa por su textura cristalina gruesa y la formación de minerales distintivos a partir de la sílice y la arcilla presentes en la caliza original. ^{[ 34 ]}

Clasificación

Para identificar los tipos de rocas carbonatadas conocidas colectivamente como caliza, se utilizan dos sistemas de clasificación principales: el de Folk y el de Dunham.

Clasificación popular

Robert L. Folk desarrolló un sistema de clasificación que pone énfasis principal en la composición detallada de los granos y el material intersticial en las rocas carbonatadas . ^{[ 35 ]} Según su composición, existen tres componentes principales: aloquímicos (granos), matriz (principalmente micrita) y cemento (esparita). El sistema de Folk utiliza nombres compuestos; el primero se refiere a los granos y el segundo al cemento. Por ejemplo, una caliza compuesta principalmente de ooides, con una matriz cristalina, se denominaría oosparita. Es útil contar con un microscopio petrográfico al utilizar el sistema de Folk, ya que facilita la determinación de los componentes presentes en cada muestra. ^{[ 36 ]}

Clasificación de Dunham

Robert J. Dunham publicó su sistema para la caliza en 1962. Se centra en la estructura deposicional de las rocas carbonatadas. Dunham divide las rocas en cuatro grupos principales según las proporciones relativas de partículas clásticas más gruesas, basándose en criterios como si los granos estaban originalmente en contacto mutuo y, por lo tanto, eran autoportantes, o si la roca se caracteriza por la presencia de formadores de marcos y tapetes de algas. A diferencia del esquema de Folk, Dunham considera la porosidad original de la roca. El esquema de Dunham es más útil para muestras de mano porque se basa en la textura, no en los granos de la muestra. ^{[ 37 ]}

Wright (1992) propuso una clasificación revisada. Esta añade algunos patrones diagenéticos al esquema de clasificación. ^{[ 38 ]}

Otros términos descriptivos

El travertino es un término que se aplica a los depósitos de carbonato de calcio formados en ambientes de agua dulce, particularmente en cascadas , saltos de agua y aguas termales . Estos depósitos suelen ser masivos, densos y con estructura bandeada. Cuando son altamente porosos, con una textura esponjosa, se les suele denominar toba . La calcita secundaria depositada por aguas meteóricas sobresaturadas ( agua subterránea ) en cuevas también se describe a veces como travertino. Esto produce espeleotemas , como estalagmitas y estalactitas . ^{[ 39 ]}

La coquina es una caliza poco consolidada compuesta de fragmentos erosionados de coral , conchas u otros restos fósiles. Cuando está mejor consolidada, se la denomina coquinita . ^{[ 40 ]}

La creta es una piedra caliza blanda, terrosa y de textura fina compuesta por las conchas de microorganismos planctónicos como los foraminíferos, mientras que la marga es una mezcla terrosa de carbonatos y sedimentos de silicato. ^{[ 40 ]}

La caliza se forma cuando la calcita o la aragonita precipitan del agua que contiene calcio disuelto, lo que puede ocurrir mediante procesos biológicos y no biológicos. ^{[ 41 ]} La solubilidad del carbonato de calcio ( CaCO ₃ ) está controlada en gran medida por la cantidad de dióxido de carbono ( CO ₂ ) disuelto en el agua. Esto se resume en la reacción:

CaCO ₃ + H ₂ O + CO ₂ → Ca ²⁺ + 2 HCO − 3

Los aumentos de temperatura o las disminuciones de presión tienden a reducir la cantidad de CO₂ disuelto _y a _precipitar CaCO₃ _. La reducción de la salinidad también reduce la solubilidad del CaCO₃ , en varios órdenes de magnitud para el agua dulce en comparación con el agua de mar. ^{[ 42 ]}

El agua cercana a la superficie de los océanos de la Tierra está sobresaturada con _CaCO₃ en un factor de más de seis. ^{[ 43 ]} La falta de precipitación rápida de CaCO₃ de estas aguas probablemente se deba a la interferencia de los iones _de magnesio disueltos con la nucleación de cristales de calcita, el primer paso necesario en la precipitación. La precipitación de aragonita puede verse suprimida por la presencia de fosfatos orgánicos naturales en el agua. Aunque los ooides probablemente se forman a través de procesos puramente inorgánicos, la mayor parte de la precipitación _de CaCO₃ en los océanos es el resultado de la actividad biológica. ^{[ 44 ]} Gran parte de esto tiene lugar en plataformas carbonatadas .

El origen del lodo carbonatado, ^{[ 30 ]} y los procesos por los cuales se convierte en micrita, ^{[ 45 ]} siguen siendo objeto de investigación. El lodo carbonatado moderno está compuesto principalmente por agujas de aragonita de alrededor de 5 μm (0,20 mils) de longitud. Las agujas de esta forma y composición son producidas por algas calcáreas como Penicillus , lo que hace que esta sea una fuente plausible de lodo. ^{[ 46 ]} Otra posibilidad es la precipitación directa del agua. Un fenómeno conocido como blanqueamiento ocurre en aguas poco profundas, en el que aparecen vetas blancas que contienen micrita dispersa en la superficie del agua. No está claro si se trata de aragonita recién precipitada o simplemente de material removido del fondo, pero hay cierta evidencia de que el blanqueamiento es causado por la precipitación biológica de aragonita como parte de una floración de cianobacterias o microalgas . ^{[ 47 ]} Sin embargo, las proporciones de isótopos estables en el lodo carbonatado moderno parecen ser inconsistentes con cualquiera de estos mecanismos, y la abrasión de los granos carbonatados en ambientes de alta energía se ha propuesto como una tercera posibilidad. ^{[ 30 ]} 

La formación de la caliza probablemente estuvo dominada por procesos biológicos a lo largo del Fanerozoico , los últimos 540 millones de años de la historia de la Tierra. La caliza pudo haber sido depositada por microorganismos en el Precámbrico , antes de hace 540 millones de años, pero los procesos inorgánicos probablemente fueron más importantes y tuvieron lugar en un océano con una sobresaturación de carbonato de calcio mayor que la del océano actual. ^{[ 48 ]}

Diagénesis

La diagénesis es el proceso por el cual los sedimentos se compactan y se convierten en roca sólida . Durante la diagénesis de los sedimentos carbonatados, se producen cambios químicos y texturales significativos. Por ejemplo, la aragonita se transforma en calcita con bajo contenido de magnesio. La diagénesis es el origen probable de los pisolitos , partículas estratificadas concéntricamente que varían de 1 a 10 mm (0,039 a 0,394 pulgadas) de diámetro y que se encuentran en algunas calizas. Los pisolitos se asemejan superficialmente a los ooides, pero carecen de núcleo de materia extraña, encajan perfectamente entre sí y muestran otros indicios de que se formaron después de la deposición original de los sedimentos. ^{[ 49 ]} 

La silicificación ocurre al principio de la diagénesis, a pH y temperatura bajos, y contribuye a la preservación de los fósiles. ^{[ 50 ]} La silicificación tiene lugar a través de la reacción: ^{[ 50 ]}

CaCO ₃ + H ₂ O + CO ₂ + H ₄ SiO ₄ → SiO ₂ + Ca ²⁺ + 2 HCO − 3 + 2 H ₂ O

Los fósiles a menudo se conservan con exquisito detalle como el sílex. ^{[ 50 ] [ 51 ]}

La cementación se produce rápidamente en los sedimentos carbonatados, generalmente en menos de un millón de años desde su deposición. Parte de la cementación ocurre mientras los sedimentos aún están bajo el agua, formando superficies endurecidas . La cementación se acelera tras la retirada del mar del entorno de deposición, a medida que el agua de lluvia se infiltra en los lechos sedimentarios, a menudo en tan solo unos pocos miles de años. Al mezclarse el agua de lluvia con el agua subterránea, la aragonita y la calcita con alto contenido de magnesio se transforman en calcita con bajo contenido de calcio. La cementación de depósitos carbonatados gruesos por el agua de lluvia puede comenzar incluso antes de la retirada del mar, ya que el agua de lluvia puede infiltrarse a más de 100 km (60 millas) en los sedimentos bajo la plataforma continental. ^{[ 52 ]} 

A medida que los sedimentos carbonatados se entierran cada vez más profundamente bajo sedimentos más jóvenes, aumenta la compactación química y mecánica de los sedimentos. La compactación química se produce por disolución a presión de los sedimentos. Este proceso disuelve los minerales de los puntos de contacto entre los granos y los redeposita en el espacio poroso, reduciendo la porosidad de la caliza de un valor inicial alto del 40 % al 80 % a menos del 10 %. ^{[ 53 ]} La disolución a presión produce estilolitos distintivos , superficies irregulares dentro de la caliza en las que se acumulan sedimentos ricos en sílice. Estos pueden reflejar la disolución y la pérdida de una fracción considerable del lecho de caliza. A profundidades mayores de 1 km (0,62 millas) , la cementación por enterramiento completa el proceso de litificación. La cementación por enterramiento no produce estilolitos. ^{[ 54 ]} 

Cuando las capas suprayacentes se erosionan, acercando la caliza a la superficie, tiene lugar la etapa final de la diagénesis. Esto produce porosidad secundaria a medida que parte del cemento se disuelve por la infiltración del agua de lluvia en las capas. Esto puede incluir la formación de vugs , que son cavidades revestidas de cristales dentro de la caliza. ^{[ 54 ]}

La diagénesis puede incluir la conversión de caliza en dolomita por fluidos ricos en magnesio. Hay evidencia considerable de reemplazo de caliza por dolomita, incluyendo límites de reemplazo nítidos que cortan a través de la estratificación. ^{[ 55 ]} El proceso de dolomitización sigue siendo un área de investigación activa, ^{[ 56 ]} pero los posibles mecanismos incluyen la exposición a salmueras concentradas en ambientes calientes ( reflujo evaporativo ) o la exposición a agua de mar diluida en ambientes de delta o estuario ( dolomitización de Dorag ). ^{[ 57 ]} Sin embargo, la dolomitización de Dorag ha caído en desuso como mecanismo de dolomitización, ^{[ 58 ]} y un artículo de revisión de 2004 la describe sin rodeos como "un mito". ^{[ 56 ]} El agua de mar ordinaria es capaz de convertir calcita en dolomita, si el agua de mar es regularmente arrastrada a través de la roca, como por el flujo y reflujo de las mareas (bombeo mareal). ^{[ 55 ]} Una vez que comienza la dolomitización, esta avanza rápidamente, de modo que hay muy poca roca carbonatada que contenga calcita y dolomita mezcladas. La roca carbonatada tiende a ser casi toda calcita/aragonita o casi toda dolomita. ^{[ 57 ]}

Aproximadamente entre el 20% y el 25% de la roca sedimentaria es roca carbonatada, ^{[ 3 ]} y la mayor parte de esta es caliza. ^{[ 17 ] [ 3 ]} La caliza se encuentra en secuencias sedimentarias de hasta 2.700 millones de años. ^{[ 59 ]} Sin embargo, las composiciones de las rocas carbonatadas muestran una distribución desigual en el tiempo en el registro geológico. Alrededor del 95% de los carbonatos modernos están compuestos de calcita y aragonita con alto contenido de magnesio. ^{[ 60 ]} Las agujas de aragonita en el lodo carbonatado se convierten en calcita con bajo contenido de magnesio en unos pocos millones de años, ya que esta es la forma más estable del carbonato de calcio. ^{[ 28 ]} Las antiguas formaciones carbonatadas del Precámbrico y Paleozoico contienen abundante dolomita, pero la caliza domina los lechos carbonatados del Mesozoico y Cenozoico . La dolomita moderna es bastante rara. Existe evidencia de que, mientras que el océano moderno favorece la precipitación de aragonita, los océanos del Paleozoico y del Cenozoico medio a tardío favorecían la precipitación de calcita. Esto podría indicar una menor proporción de Mg/Ca en el agua oceánica de esas épocas. ^{[ 61 ]} Este agotamiento de magnesio podría ser consecuencia de una expansión más rápida del fondo marino , que elimina el magnesio del agua oceánica. El océano moderno y el océano del Mesozoico se han descrito como "mares de aragonita". ^{[ 62 ]}

La mayor parte de la caliza se formó en ambientes marinos poco profundos, como plataformas continentales o plataformas . Dichos ambientes constituyen solo alrededor del 5 % de las cuencas oceánicas, pero la caliza rara vez se conserva en los taludes continentales y en los ambientes de aguas profundas. Los mejores ambientes para la sedimentación son las aguas cálidas, que presentan una alta productividad orgánica y una mayor saturación de carbonato de calcio debido a las menores concentraciones de dióxido de carbono disuelto. Los depósitos modernos de caliza se encuentran casi siempre en áreas con muy poca sedimentación rica en sílice, lo que se refleja en la pureza relativa de la mayoría de las calizas. Los organismos de los arrecifes son destruidos por el agua salobre y fangosa de los ríos, y los granos de carbonato son desgastados por granos de silicato mucho más duros. ^{[ 63 ]} A diferencia de la roca sedimentaria clástica, la caliza se produce casi en su totalidad a partir de sedimentos originados en el lugar de deposición o cerca de él. ^{[ 64 ]}

Las formaciones calizas tienden a mostrar cambios abruptos de espesor. Las grandes estructuras en forma de montículo en una formación caliza se interpretan como arrecifes antiguos , que cuando aparecen en el registro geológico se denominan biohermas . Muchos son ricos en fósiles, pero la mayoría carecen de una estructura orgánica conectada como la que se observa en los arrecifes modernos. Los restos fósiles se presentan como fragmentos separados incrustados en una abundante matriz de lodo. Gran parte de la sedimentación muestra indicios de haber ocurrido en las zonas intermareales o supramareales, lo que sugiere que los sedimentos llenan rápidamente el espacio disponible en la plataforma o plataforma continental. ^{[ 65 ]} La deposición también se ve favorecida en el margen marino de las plataformas y plataformas continentales, donde hay surgencia de agua oceánica profunda rica en nutrientes que aumenta la productividad orgánica. Los arrecifes son comunes aquí, pero cuando no los hay, se encuentran bancos de ooides. Los sedimentos más finos se depositan cerca de la costa. ^{[ 66 ]}

La falta de calizas de aguas profundas se debe en parte a la rápida subducción de la corteza oceánica, pero es más bien resultado de la disolución del carbonato de calcio en profundidad. La solubilidad del carbonato de calcio aumenta con la presión, e incluso más con concentraciones más altas de dióxido de carbono, producido por la descomposición de materia orgánica que se deposita en las profundidades oceánicas y que no es eliminada por la fotosíntesis en la oscuridad. Como resultado, se produce una transición bastante abrupta entre el agua saturada con carbonato de calcio y el agua no saturada con carbonato de calcio, la lisoclina , que se encuentra a la profundidad de compensación de la calcita, entre 4000 y 7000 m (13 000 y 23 000 pies) . Por debajo de esta profundidad, los caparazones de foraminíferos y otras partículas esqueléticas se disuelven rápidamente, y los sedimentos del fondo oceánico pasan abruptamente de un lodo carbonatado rico en restos de foraminíferos y cocolitos ( lodo de Globigerina ) a un lodo silícico sin carbonatos. ^{[ 67 ]} 

En raras ocasiones, las turbiditas u otros sedimentos ricos en sílice entierran y preservan depósitos carbonatados bentónicos (de aguas profundas). Las calizas bentónicas antiguas son microcristalinas y se identifican por su contexto tectónico . Los fósiles suelen ser foraminíferos y cocolitos. No se conocen calizas bentónicas prejurásicas, probablemente porque el plancton con concha carbonatada aún no había evolucionado. ^{[ 68 ]}

Las calizas también se forman en ambientes de agua dulce. ^{[ 69 ]} Estas calizas no son muy diferentes de las calizas marinas, pero tienen una menor diversidad de organismos y una mayor fracción de sílice y minerales arcillosos característicos de las margas . La Formación Green River es un ejemplo de una formación sedimentaria de agua dulce prominente que contiene numerosos estratos de caliza. ^{[ 70 ]} La caliza de agua dulce es típicamente micrítica. Los fósiles de carofitas (algas verdes de agua dulce), un tipo de alga verde de agua dulce, son característicos de estos ambientes, donde las carofitas producen y retienen carbonatos. ^{[ 71 ]}

Las calizas también pueden formarse en ambientes de deposición de evaporitas . ^{[ 72 ] [ 73 ]} La calcita es uno de los primeros minerales en precipitar en evaporitas marinas. ^{[ 74 ]}

La piedra caliza y los organismos vivos

La mayor parte de la caliza se forma por la actividad de organismos vivos cerca de los arrecifes, pero los organismos responsables de la formación de arrecifes han cambiado a lo largo del tiempo geológico. Por ejemplo, los estromatolitos son estructuras en forma de montículo en calizas antiguas, interpretadas como colonias de cianobacterias que acumularon sedimentos carbonatados, pero los estromatolitos son raros en calizas más jóvenes. ^{[ 75 ]} Los organismos precipitan la caliza tanto directamente como parte de sus esqueletos, como indirectamente al eliminar el dióxido de carbono del agua mediante la fotosíntesis y, por lo tanto, disminuir la solubilidad del carbonato de calcio. ^{[ 71 ]}

La caliza muestra la misma gama de estructuras sedimentarias que se encuentran en otras rocas sedimentarias. Sin embargo, las estructuras más finas, como la laminación , suelen ser destruidas por la actividad excavadora de los organismos ( bioturbación ). La laminación fina es característica de la caliza formada en lagos salinos , que carecen de organismos excavadores. ^{[ 76 ]} Las calizas también muestran características distintivas como las estructuras geopétalas , que se forman cuando las conchas curvas se depositan en el fondo con la cara cóncava hacia abajo. Esto atrapa un espacio vacío que posteriormente puede ser llenado por esparita. Los geólogos utilizan las estructuras geopétalas para determinar cuál era la dirección hacia arriba en el momento de la deposición, lo cual no siempre es obvio en formaciones de caliza muy deformadas. ^{[ 77 ]}

La cianobacteria Hyella balani puede perforar la piedra caliza; al igual que el alga verde Eugamantia sacculata y el hongo Ostracolaba implexa . ^{[ 78 ]}

Montículos de lodo micrítico

Los montículos de lodo micrítico son domos subcirculares de calcita micrítica que carecen de estructura interna. Los ejemplos modernos alcanzan varios cientos de metros de espesor y un kilómetro de diámetro, y presentan pendientes pronunciadas (con ángulos de inclinación de alrededor de 50 grados). Pueden estar compuestos por peloides arrastrados por las corrientes y estabilizados por pastos Thalassia o manglares . Los briozoos también pueden contribuir a la formación de montículos al ayudar a atrapar sedimentos. ^{[ 79 ]}

Los montículos de lodo se encuentran a lo largo del registro geológico y, antes del Ordovícico temprano , eran el tipo de arrecife dominante tanto en aguas profundas como someras. Es probable que estos montículos de lodo sean de origen microbiano. Tras la aparición de organismos arrecifales formadores de estructuras, los montículos de lodo se restringieron principalmente a aguas más profundas. ^{[ 80 ]}

Arrecifes orgánicos

Los arrecifes orgánicos se forman en latitudes bajas en aguas poco profundas, no más de unos pocos metros de profundidad. Son estructuras complejas y diversas que se encuentran en todo el registro fósil. Los organismos constructores de armazón responsables de la formación de arrecifes orgánicos son característicos de diferentes períodos de tiempo geológico: los arqueociátidos aparecieron en el Cámbrico temprano ; estos dieron paso a las esponjas en el Cámbrico tardío ; las sucesiones posteriores incluyeron estromatopóridos, corales, algas, briozoos y rudistas (una forma de molusco bivalvo). ^{[ 81 ] [ 82 ] [ 83 ]} La extensión de los arrecifes orgánicos ha variado a lo largo del tiempo geológico, y probablemente fueron más extensos en el Devónico medio, cuando cubrían un área estimada en 5 000 000 km² (1 900 000 ^millas cuadradas ) . Esto es aproximadamente diez veces la extensión de los arrecifes modernos. Los arrecifes del Devónico fueron construidos en gran parte por estromatopóridos y corales tabulados , que fueron devastados por la extinción del Devónico tardío . ^{[ 84 ]}   

Los arrecifes orgánicos suelen tener una estructura interna compleja. Los fósiles de cuerpo entero son generalmente abundantes, pero los ooides e interclastos son raros dentro del arrecife. El núcleo de un arrecife suele ser masivo y no estratificado, y está rodeado por un talud de mayor volumen que el núcleo. El talud contiene abundantes intraclastos y suele ser floatstone , con un 10 % o más de granos de más de 2 mm de tamaño incrustados en una matriz abundante, o rudstone , que consiste principalmente en granos grandes con una matriz escasa. El talud pasa gradualmente a lodo carbonatado planctónico de grano fino, y luego a lodo no carbonatado lejos del arrecife. ^{[ 81 ]}

La caliza es parcialmente soluble, especialmente en ácido, y por lo tanto forma numerosas formas del relieve erosivas. Estas incluyen pavimentos calcáreos , dolinas , cenotes , cuevas y gargantas. Dichos paisajes erosivos se conocen como karst . La caliza es menos resistente a la erosión que la mayoría de las rocas ígneas , pero más resistente que la mayoría de las demás rocas sedimentarias . Por lo tanto, suele estar asociada a colinas y laderas , y se encuentra en regiones con otras rocas sedimentarias, típicamente arcillas. ^{[ 85 ] [ 86 ]}

Las regiones kársticas que se asientan sobre lechos de roca caliza tienden a tener menos fuentes visibles en la superficie (estanques y arroyos), ya que el agua superficial drena fácilmente hacia abajo a través de las fisuras de la caliza. Durante el drenaje, el agua y los ácidos orgánicos del suelo agrandan lentamente (a lo largo de miles o millones de años) estas grietas, disolviendo el carbonato de calcio y llevándolo consigo en solución . La mayoría de los sistemas de cuevas se encuentran en lechos de roca caliza. El enfriamiento del agua subterránea o la mezcla de diferentes aguas subterráneas también crea condiciones propicias para la formación de cuevas. ^{[ 85 ]}

Las calizas costeras suelen ser erosionadas por organismos que perforan la roca por diversos medios. Este proceso se conoce como bioerosión . Es más común en los trópicos y se conoce en todo el registro fósil . ^{[ 87 ]}

Bandas de piedra caliza emergen de la superficie terrestre en afloramientos rocosos e islas a menudo espectaculares. Algunos ejemplos son el Peñón de Gibraltar , ^{[ 88 ]} el Burren en el condado de Clare, Irlanda; ^{[ 89 ]} Malham Cove en Yorkshire del Norte y la Isla de Wight , ^{[ 90 ]} Inglaterra; el Great Orme en Gales; ^{[ 91 ]} en Fårö cerca de la isla sueca de Gotland , ^{[ 92 ]} la escarpa del Niágara en Canadá/Estados Unidos; ^{[ 93 ]} Notch Peak en Utah; ^{[ 94 ]} el Parque Nacional de la Bahía de Ha Long en Vietnam; ^{[ 95 ]} y las colinas alrededor del río Lijiang y la ciudad de Guilin en China. ^{[ 96 ]}

Los Cayos de Florida , islas frente a la costa sur de Florida , están compuestos principalmente de piedra caliza oolítica (los Cayos Inferiores) y los esqueletos carbonatados de arrecifes de coral (los Cayos Superiores), que prosperaron en la zona durante los períodos interglaciales, cuando el nivel del mar era más alto que en la actualidad. ^{[ 97 ]}

En los alvares , extensas llanuras de piedra caliza con finas capas de suelo, se encuentran hábitats únicos . La mayor extensión de este tipo en Europa es el Stora Alvaret en la isla de Öland , Suecia. ^{[ 98 ]} Otra zona con grandes cantidades de piedra caliza es la isla de Gotland, Suecia. ^{[ 99 ]} En el noroeste de Europa, existen enormes canteras, como las del Monte San Pedro (Bélgica/Países Bajos), que se extienden a lo largo de más de cien kilómetros. ^{[ 100 ]}

La piedra caliza es una materia prima que se utiliza globalmente de diversas maneras, incluyendo la construcción, la agricultura y como material industrial. ^{[ 102 ]} La piedra caliza es muy común en la arquitectura, especialmente en Europa y América del Norte. Muchos monumentos alrededor del mundo, incluyendo la Gran Pirámide y su complejo asociado en Giza, Egipto , fueron hechos de piedra caliza. Tantos edificios en Kingston, Ontario , Canadá, fueron, y continúan siendo, construidos con ella que se la apoda la "Ciudad de Piedra Caliza". ^{[ 103 ]} La piedra caliza, metamorfoseada por el calor y la presión, produce mármol, que se ha utilizado para muchas estatuas, edificios y tableros de mesa de piedra. ^{[ 104 ]} En la isla de Malta , una variedad de piedra caliza llamada piedra caliza Globigerina fue, durante mucho tiempo, el único material de construcción disponible, y todavía se usa con mucha frecuencia en todo tipo de edificios y esculturas. ^{[ 105 ]}

La piedra caliza se puede procesar en diversas formas, como ladrillo, cemento, polvo/triturado o como relleno. ^{[ 102 ]} La piedra caliza es fácilmente accesible y relativamente fácil de cortar en bloques o tallar de forma más elaborada. ^{[ 101 ]} Los antiguos escultores americanos valoraban la piedra caliza porque era fácil de trabajar y buena para detalles finos. Remontándonos al período Preclásico Tardío (entre el 200 y el 100 a. C.), la civilización maya (México antiguo) creó esculturas refinadas utilizando piedra caliza debido a estas excelentes propiedades de tallado. Los mayas decoraban los techos de sus edificios sagrados (conocidos como dinteles ) y cubrían las paredes con paneles de piedra caliza tallada. En estas esculturas se tallaban historias políticas y sociales, lo que ayudaba a comunicar los mensajes del rey a su pueblo. ^{[ 106 ]} La piedra caliza es duradera y resiste bien la exposición, lo que explica por qué muchas ruinas de piedra caliza han sobrevivido. Sin embargo, es muy pesado ( densidad 2,6 ^{[ 107 ]} ), lo que lo hace poco práctico para edificios altos y relativamente caro como material de construcción.

La piedra caliza fue muy popular a finales del siglo XIX y principios del XX. Estaciones de ferrocarril, bancos y otras estructuras de esa época se construyeron con piedra caliza en algunas zonas. Se utiliza como fachada en algunos rascacielos, pero solo en placas delgadas para el revestimiento, no en bloques macizos. En Estados Unidos, Indiana, sobre todo la zona de Bloomington , ha sido durante mucho tiempo una fuente de piedra caliza de cantera de alta calidad, conocida como piedra caliza de Indiana . Muchos edificios famosos de Londres están construidos con piedra caliza de Portland . Las casas construidas en Odesa, Ucrania , en el siglo XIX se construyeron principalmente con piedra caliza, y los extensos restos de las minas forman ahora las Catacumbas de Odesa . ^{[ 108 ]}

La piedra caliza también fue un material de construcción muy popular en la Edad Media en las zonas donde se encontraba, ya que es dura, duradera y suele aparecer en afloramientos superficiales de fácil acceso. Muchas iglesias y castillos medievales en Europa están construidos con piedra caliza. La piedra de Beer era un tipo de piedra caliza popular para las construcciones medievales en el sur de Inglaterra. ^{[ 109 ]}

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  Cantera de piedra caliza en Cedar Creek, Virginia , EE. UU.
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  Cantera de piedra caliza de Nordkalk en Pargas , Finlandia
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  Cortando bloques de piedra caliza en una cantera en Gozo , Malta.
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  La piedra caliza como material de construcción
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  La piedra caliza se utiliza en todo el mundo como material de construcción.

La piedra caliza es la materia prima para la producción de cal, conocida principalmente por el tratamiento de suelos, la purificación de agua y la fundición de cobre. La cal es un ingrediente importante utilizado en la industria química. ^{[ 110 ]} La piedra caliza y (en menor medida) el mármol son reactivos a las soluciones ácidas, lo que hace que la lluvia ácida sea un problema significativo para la conservación de los artefactos hechos de esta piedra. Muchas estatuas y superficies de edificios de piedra caliza han sufrido graves daños debido a la lluvia ácida. ^{[ 111 ] [ 112 ]} Asimismo, la grava de piedra caliza se ha utilizado para proteger lagos vulnerables a la lluvia ácida, actuando como agente amortiguador del pH . ^{[ 113 ]} Los productos químicos de limpieza a base de ácido también pueden corroer la piedra caliza, que solo debe limpiarse con un limpiador neutro o ligeramente alcalino . ^{[ 114 ]}

Otros usos incluyen:

• Es la materia prima para la fabricación de cal viva (óxido de calcio), cal apagada (hidróxido de calcio), cemento y mortero . ^{[ 59 ]}
• La caliza pulverizada se utiliza como acondicionador de suelos para neutralizar suelos ácidos ( cal agrícola ). ^{[ 115 ]}
• Se tritura para su uso como agregado , la base sólida para muchas carreteras, así como en el hormigón asfáltico . ^{[ 59 ]}
• Como reactivo en la desulfuración de gases de combustión , donde reacciona con el dióxido de azufre para el control de la contaminación del aire. ^{[ 116 ]}
• En la fabricación de vidrio , particularmente en la fabricación de vidrio de soda-cálcica . ^{[ 117 ]}
• Como aditivo en pastas dentales, papel, plásticos, pintura, azulejos y otros materiales, tanto como pigmento blanco como relleno barato. ^{[ 118 ]}
• Como polvo de roca , para suprimir explosiones de metano en minas de carbón subterráneas. ^{[ 119 ]}
• Purificada, se añade al pan y a los cereales como fuente de calcio. ^{[ 120 ]}
• Como suplemento de calcio en la alimentación del ganado, como por ejemplo para las aves de corral (cuando está molido). ^{[ 121 ]}
• Para remineralizar y aumentar la alcalinidad del agua purificada para prevenir la corrosión de las tuberías y restaurar los niveles de nutrientes esenciales. ^{[ 122 ]}
• En los altos hornos , la piedra caliza se une a la sílice y otras impurezas para eliminarlas del hierro. ^{[ 123 ]}
• Puede ayudar a eliminar los componentes tóxicos generados por las centrales eléctricas de carbón y las capas de metales fundidos contaminados. ^{[ 110 ]}

Muchas formaciones calizas son porosas y permeables, lo que las convierte en importantes yacimientos de petróleo . ^{[ 124 ]} Alrededor del 20% de las reservas de hidrocarburos de América del Norte se encuentran en rocas carbonatadas. Los yacimientos carbonatados son muy comunes en el Medio Oriente, rico en petróleo, ^{[ 59 ]} y contienen aproximadamente un tercio de todas las reservas de petróleo del mundo. ^{[ 125 ]} Las formaciones calizas también son fuentes comunes de menas metálicas, porque su porosidad y permeabilidad, junto con su actividad química, promueven la deposición de menas en la caliza. Los depósitos de plomo - zinc de Misuri y los Territorios del Noroeste son ejemplos de depósitos de menas alojados en caliza. ^{[ 59 ]}

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  Sección estratigráfica de caliza ordovícica expuesta en el centro de Tennessee , EE. UU. Los estratos menos resistentes y más delgados están compuestos de lutita . Las líneas verticales representan perforaciones para explosivos utilizados durante la construcción de carreteras.
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  Fotografía y sección grabada de una muestra de caliza fosilífera de la Formación Kope (Ordovícico Superior) cerca de Cincinnati , Ohio , EE. UU.
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  Caliza biosparita de la Formación Brassfield ( Silúrico Inferior ) cerca de Fairborn , Ohio, EE. UU., que muestra granos compuestos principalmente por fragmentos de crinoideos.
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  Caliza nodular concrecionaria (septariana) en el Geoparque Nacional Costero de Jinshitan, Dalian , China.
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  Piedra caliza del lago Tai , utilizada en gongshi , un arte chino de la talla en piedra.
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  Capas de piedra caliza plegadas en Cascade Mountain en Provo Canyon , Utah.
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  Fósiles en piedra caliza de la región norte del Mar Negro.

• Arena de coral : arena carbonatada formada en océanos cálidos. 
• Encantador Som
• Elogio de la piedra caliza – Poema de W. H. Auden 
• Kurkar – Nombre regional de una calcreta de cuarzo eólica en la costa levantina. 
• Limepit – Antiguo método de calcinación de piedra caliza 
• Arenisca – Tipo de roca sedimentaria 
• Encalado (suelo) – Aplicación de minerales al suelo