Geologie

Die Verbreitung der karbonatischen Sedimente ist wesentlich geringer als die der Gruppe der klastischen Sedimente und Sedimentgesteine. Der größte Teil der Karbonatgesteine zählt zu den marinen Flachwasserablagerungen im Bereich der stabilen Schelfgebiete der Erde. Die Variationsbreite der karbonatischen Sedimente und Sedimentgesteine ist im Hinblick auf Genese und Gefüge groß. Ein überwiegender Teil zählt zweifelsfrei zu den Ausscheidungssedimenten, ein anderer Teil ist im wesentlichen klastisch oder/und organogen. Als sedimentbildende Minerale treten Calcit [CaCO₃], Aragonit [CaCO₃] und Dolomit [MgCa(CO₃)₂] auf. Dazu kommen fallweise kleinere Mengen an Quarz, Alkalifeldspäten und Tonmineralen. Aus Siderit bestehende karbonatische Sedimente spielen eine geringere, wenn auch wirtschaftliche bedeutende Rolle.
Man unterscheidet marine anorganische und biochemische Kalkbildung neben der terrestrischen Kalkbildung.

Diese Gruppe der chemisch ausgefällten karbonatischen Sedimente, wozu in erster Linie die gewöhnlichen marinen Kalksedimente gehören, enthält häufig neben ausgefällten Sedimenten auch biogenes Material.
Die marine anorganische Ausscheidung von Kalksedimenten erfolgt vorwiegend in flachen Meeresteilen. Das Oberflächenwasser des Meeres ist an CaCO₃ gesättigt, in tropischen Gebieten sogar übersättigt. Jedoch erfolgt Kalkausfällung aus übersättigter Lösung nur unter bestimmten Voraussetzungen, so z.B. bei der Anwesenheit von Keimen, die in dem feinsten Zerreibsel der tierischen Kalkschalen vorliegen können. Mitunter scheidet sich aus dem an CaCO₃ gesättigten Wasser flacher Meeresteile CaCO₃-Körner von kugeliger bis ovaler Gestalt und konzentrischem Schalenbau aus. Solche Einzelkörner, meistens 2 mm Ø, werden als Ooide, die sie aufbauenden Gesteine als Oolithe bezeichnet. Die Ooide schweben im Wasser, bis sie zu einer gewissen Größe angewachsen sind, und werden dann zu einem oolithischen Kalkstein sedimentiert. Der Schalenbau der Ooide entspricht einem Wechsel von Ruhe und Bewegung im flachen Wasser. Zudem deutet die äußere Oberfläche der Körner auf anschließenden Abrieb, Transport und klastische Sedimentation hin. Aus diesem Grund werden die oolithischen Kalksteine häufig auch zu den klastischen Karbonatgesteinen gerechnet.
Die oft erheblichen Mächtigkeiten mariner Kalkablagerungen erklären sich aus der fortlaufenden Zufuhr von CaCO₃-gesättigtem Meerwasser durch die Meeresströmungen. Die Ausscheidung von dolomitischem Kalkstein erfordert zusätzliche Voraussetzungen.
An vielen Stellen entstehen Kalksedimente in flachen Meeresteilen der Schelfregion in Verbindung mit einer reichen Entwicklung von kalkbildenden Organismen. Zahlreiche Organismen bauen ihre Schalen oder Gerüste aus CaCO₃ auf. Bei den Pflanzen sind es insbesondere die Kalkalgen, bei den Tieren vorwiegend Foraminiferen (die Art Globigerina), Korallen, Kalkschwämme, Bryozoen, Brachiopoden, Echinodermen, Mollusken u.a.. Unter ihnen sind viele riffbildend.
Kreide ist ein dichtkörniger organogener Kalkstein, der ausschließlich aus Schalen von Mikroorganismen, besonders Foraminiferen, besteht. Riffkalke sind ungeschichtet. Sie bestehen hauptsächlich aus kalkigen Außenskeletten koloniebildender oder einzeln lebender Invertebraten, vorwiegend (aber nicht nur) Korallen.
Unterhalb von etwa 4.000 m Wassertiefe (Kalzit-Kompensationstiefe, CCD, engl. calcite compensation depth) treten karbonatische Sedimente nicht mehr auf, da sie wegen ihrer mit der Tiefe zunehmenden Löslichkeit nicht mehr gefällt werden bzw. wieder in Lösung gehen.

Hier treten Kalkausscheidungen als Oberflächenkalke in Trockengebieten, als Absätze aus Quellen und Flüssen oder als Ablagerungen in Binnenseen auf.
Die Oberflächenkalke oder Krustenkalke sind an Trockenregionen gebunden. Während der Trockenzeigt steigt das Wasser der Verwitterungslösungen kapillar im Boden auf und verdunstet an der Oberfläche. Dabei scheiden sich die am schwersten löslichen Salze zuerst aus, so das Ca-Karbonat.
In Regionen mit reichlicheren Niederschlägen gelangen die gleichen Ionen über das Grundwasser in Quellen und Flüsse. Tritt das Grundwasser als Quelle aus oder erfolgt eine Zerteilung des Flußwassers etwa in einer Kaskade, so kommt es unter gleichzeitiger Erwärmung des Wassers zu einer unmittelbaren Entbindung des gelösten CO₂ und damit zur Ausfällung von CaCO₃. Es entstehen Kalksinter. Oft bildet sich ein poröser Kalkstein, der Travertin, etwas irreführend auch als Kalk- oder Quelltuff bezeichnet. Travertin ist ein geschätzter Baustein besonders zur Verkleidung von Fassaden.
In Binnenseen treten feinkörnige Kalkschlämme auf, die als Seekreide bezeichnet werden. Häufig wird in diesem Fall die Ausscheidung von CaCO₃ durch die Anwesenheit eines üppigen Pflanzenwuchses gefördert.

Ihre sedimentbildenden Komponenten rekrutieren sich überwiegend aus klastischen, mechanisch aufbereiteten Erosionsprodukten älterer Kalksteine einschließlich ihrer zerkleinerten Fossilinhalte. Derartige Kalksedimente sind ebenfalls schichtig entwickelt und werden häufig nach ihrer Korngröße in Kalkrudite (grob), Kalksilitite und Kalklutite (fein) eingeteilt. Oft ist in solchen Kalksedimenten daneben bereits bei der Sedimentation eine CaCO₃-Abscheidung wirksam geworden, die von diagenetischen Vorgängen meistens nur schwer abzugrenzen ist.