탄소 순환 내에서 탄산염 퇴적물
탄산염 퇴적물은 탄소 순환의 일부입니다. 대기 중의 이산화탄소는 물에 용해되어 탄산을 형성하는데, 이는 칼슘 이온 또는 마그네슘 이온과 반응하여 탄산칼슘 또는 탄산마그네슘으로 침전됩니다. 이 과정은 이산화탄소가 침전되는 중요한 과정입니다. 전 지구적 탄산염 퇴적률은 강에서 바다로 유입되는 양이온(대부분 칼슘과 마그네슘 이온)의 공급에 의해 조절됩니다. 이는 다시 사장석과 같이 칼슘을 포함한 규산질 광물의 풍화율에 의하여 바뀌게 됩니다.
석회암은 풍화되어 이산화탄소를 배출하기 때문에 이산화탄소 저감에 기여하지 못합니다. 접촉변성이 이루어지는 동안 석회암이 550~600도씨의 열에 노출되면, 탄산칼슘은 이산화규소와 반응하여 규회석과 이산화탄소를 형성합니다. 이렇게 형성된 다량의 이산화탄소는 화산활동을 통해 방출됩니다. 규회석과 같은 광물이 풍화되면, 칼슘 이온은 강물로 유입되어 다시 바다로 흘러가게 됩니다. 나머지 이산화탄소는 식물에 의해 흡수되고, 탄소화합물 또는 유기화합물의 형태로 저장되어 석유를 형성합니다. 또한 이러한 화합물들이 산화되어 이산화탄소를 생성하기도 합니다.
탄산염 퇴적물의 기원
대부분의 탄산염 퇴적물은 쇄설성 탄산염 퇴적물이 공급되는 지역을 포함해서 퇴적 분지 내부에서 생성됩니다. 그러므로 탄산염암의 퇴적은 규산질 모래와 진흙과는 여러 면에서 다릅니다. 탄산염암은 해수로부터 화학적으로 침전될 수 있으나, 대부분의 석회암은 석회질 생물로 구성되어 있습니다. 그렇게 때문에 석회암의 성질은 석회질 생물들의 생물학적 기원 및 탄산염 골격을 조성하는 광물과 밀접하게 연관되어 있습니다. 탄산염암의 초기 조성은 매몰되는 동안 화학적 치환(속성작용)에 영향을 미치며, 그에 따라 저류층의 특성(공극률과 투수율)이 결정되기에 매우 중요합니다.
대부분의 탄산염암은 주로 생물에 의해 생성되며, 일부만이 화학적으로 침전되어 형성됩니다. 그러므로 탄산염 퇴적물의 조성은 탄산염 퇴적물을 생산하는 생물체의 유형에 크게 영향을 받습니다. 생물학적 침전은 해수에 용존된 탄산칼슘을 제거하여 해수 전체에 방해석이 과포화되지 않게 합니다. 증발암이 퇴적되는 분지에서는 화학적 침전이 우세한 편이지만 여기에도 조류(algae)가 영향을 미칩니다. 그러나 생물체에 의해 침전된 탄산염 퇴적물의 상당 부분은 해양에 존재할 때, 또는 해저에 퇴적된 직후에 용해되기 때문에 지질기록에 포함되지 않을 수도 있습니다. 생물에 의해 생산되는 총 탄산염 퇴적물의 양은 해수에 용해되는 탄산염의 총량과 육지에서 풍화되어 강을 통해 바다로 운반되는 칼슘 이온의 공급량의 합과 같습니다.
탄산염 퇴적물의 축적 조건
탄산염 퇴적물의 축적에는 다음 조건이 필요합니다.
1. 탄산염을 침전하는 생물체에 필요한 영양분의 공급 : 생물초는 일반적으로 투광대 내, 파도의 에너지가 높고 용승을 통해 영양분이 지속적으로 공급될 수 있는, 수심이 깊은 바다 가장자리에서 성장합니다.
2. 부유하는 규산질 쇄설성 퇴적물의 함량이 낮은 맑은 물 : 부유하는 세립의 규산질 쇄설성 퇴적물질은 탄산염 함량을 줄이는 동시에 산호와 같은 생물의 성장을 저해합니다. 이러한 고착성 생물들은 영양분을 공급할 수 있는 충분한 양의 부유성 생물이 포함된 물의 흐름을 필요로 하는데, 규산질 쇄설물이 물속에 다량 부유하게 되면 이 생물들의 여과 기관이 막히게 됩니다.
전 지구적 해침 기간에는 심해보다는 대륙붕에 더 많은 탄산염 퇴적물이 퇴적되었습니다. 층서 기록을 살펴보면, 탄산염암은 오르도비스기부터 데본기 사이와 백악기 퇴적층에서 풍부하게 관찰됩니다. 이는 이 시기 동안 더 많은 탄산염 퇴적물이 침전되어서가 아니라 더 많은 탄산염 퇴적물이 육괴 위에 보존되었기 때문입니다.
해침 기간 동안 규산질 쇄설물의 공급은 줄어들기에 이때 퇴적된 탄산염암은 일반적으로 규산질 쇄설물을 거의 포함하지 않습니다. 그러나 해수면이 낮은 저수위기 동안에는 육성 규산질 퇴적물의 함량이 높은 탄산염 퇴적암이 형성됩니다.