Le rocce calcaree provengono da rocce sedimentarie, sia di origine chimica che di origine organica.
La sedimentazione chimica è legata all'equilibrio in fase eterogenea:
Ca2+(aq) + 2 HCO3– (aq)⇌ CaCO3 (s) + H2O + CO2 (g)
Come si evince dalla reazione, acque correnti o stagnanti ricche di ioni calcio e di ioni idrogeno carbonato possono depositare carbonato di calcio come precipitato se, per mutate condizioni di temperatura e/o pressione parziale di CO2 sovrastante, allontanano parte del biossido di carbonio in esse disciolto nell'atmosfera.
La reazione è reversibile e, letta da destra a sinistra, interpreta il fenomeno dell'erosione chimica che, acque carboniche, non eccessivamente concentrate in ioni calcio, dette acque aggressive, effettuano sulle rocce a composizione calcarea.
Questo fenomeno è particolarmente evidente nelle formazioni stalattitiche e stalagmitiche, determinate da acque sotterranee che, percolando sotto pressione, quando vengono a contatto con l'atmosfera o con camere d'aria, lasciano evaporare H2O e si impoveriscono di CO2, con conseguente precipitazione di CaCO3 che assume la forma a goccia.
Sedimentazione
La sedimentazione di origine organica consiste nell'accumulo di resti animali prevalentemente marini a scheletro interno o esterno calcareo, con la successiva saldatura delle parti, spesso a seguito di fenomeni di metamorfismo.
Il composto che predomina nettamente nella composizione chimica delle rocce calcaree è quindi il carbonato di calcio.
Oltre al carbonato di calcio, nel processo di sedimentazione, precipitano anche altri carbonati soprattutto quelli di magnesio e di manganese ed idrossidi di ferro che influiscono notevolmente sull'aspetto e soprattutto sul colore. Ad esempio il travertino, che nel suo processo di sedimentazione chimica ha inglobato strutture organiche, presenta vacuoli dovute a successive decomposizioni e allontanamento in fase gassosa delle impurezze.
L'alabastro, invece, che è il carbonato di calcio con il maggior grado di purezza, presenta un aspetto più compatto. I calcari di origine organica, oltre a silice e silicati, oltre ad argilla (marne), possono contenere bitume e residui carboniosi provenienti dalla decomposizione parziale di sostanze organiche minori.
Stabilità
La rocce calcaree non sono stabili né agli agenti chimici, né rispetto agli agenti termici.
Il carbonato di calcio, infatti, si mette in equilibrio ad ogni temperatura con l'ossido di calcio e il biossido di carbonio:
CaCO3 (s) ⇌ CaO (s) + CO2 (g)
Alle basse temperature, la concentrazione di CO2 nell'aria è sufficiente a spostare l'equilibrio da destra a sinistra, mentre a elevate temperature accade il contrario: CaCO3 si dissocia per incrementare la concentrazione di CO2 nell'aria fino al valore di equilibrio.
Acidi, anche deboli, o acidi forti diluiti, decompongono il carbonato di calcio, secondo la reazione:
CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + H2O + CO2
Oppure in forma ionica:
CaCO3 + 2 H+ → Ca2+ + H2O + CO2
Anche la resistenza delle rocce calcaree agli agenti meccanici non è particolarmente elevata a causa della natura sedimentaria del materiale.
Calcari marnosi e marne
Sono pietre calcaree con percentuali variabili di argilla che può essere considerata come una miscela di silicati di alluminio e, in misura minore, di altri elementi.
L'argilla presenta una componente acida e una componente anfotera, che assume comportamento acido anch'essa in presenza di una componete basica sovrabbondante contenuta nel calcare. Per tale motivo, marne e calcari marnosi vengono utilizzati come materiali petrosi da costruzione, come sostanze di partenza per la fabbricazione di calce idraulica, ovvero di un legante che fa presa a contatto con l'acqua.
Dolomie
Dal punto di vista chimico, le dolomie sono rocce che contengono un'alta percentuale di carbonato doppio di calcio e magnesio, detto dolomite, con composizione stechiometrica CaMg(CO3)2.
Quanto all'origine, vanno considerate rocce sedimentarie chimiche che si sono formate per precipitazione dei costituenti in condizioni di elevata salinità.
Le proprietà meccaniche delle dolomie, infatti, sono maggiori rispetto a quelle dei calcari; ad esempio la durezza varia tra 3 e 4 della scala di Mohs.
Anche la resistenza agli agenti chimici è maggiore rispetto a quella degli altri calcari: grazie alla struttura cristallina più compatta, le dolomie non vengono decomposte dalle acque aggressive, né dagli acidi diluiti in condizioni ordinarie.
Alabastro calcareo
E' costituito da carbonato di calcio ad alto grado di purezza ed è una roccia sedimentaria di origine chimica.
Il meccanismo di formazione consiste nella progressiva decomposizione di CaCO3 al fondo di cavità contenenti acque a circolazione ristretta con elevato tenore di ioni calcio e idrogeno carbonato, per evaporazione dell'acqua e allontanamento di CO2.. L'alabastro calcareo, presente in Italia in provincia di Siena e nella zona alpina con particolare riferimento alla regione carsica, si presenta con una struttura concentrica causata dalla modalità della sua genesi e può presentare colorazioni diverse, impartite da impurezze colorate accidentalmente inglobate. L'alabastro è facilmente lavorabile ed è considerato una pietra pregiata.
Travertino
La genesi del travertino è del tutto simile a quella dell'alabastro. L'unica differenza è che il carbonato di calcio si è depositato in questo caso su ammassi di organismi animali di piccole dimensioni.
La materia organica di questi, sotto l'azione del tempo e degli agenti fisici ed atmosferici, ha completato il ciclo che la trasforma finalmente in H2O, CO2, NH3, volatili, per cui di tutta l'incrostazione rimane la massa carbonatica con una struttura spugnosa i cui vacuoli sono dovuti al vuoto lasciato dalla materia organica.
Il travertino possiede discrete proprietà meccaniche e viene usato per pavimentazioni esterne e come materiale di rivestimento.
Il travertino, abbondante nell'Italia centrale tirrenica, era noto agli antichi Romani che lo denominarono lapis tiburtinus (pietra di Tivoli) e lo impiegarono nelle costruzioni. Ad esempio del Colosseo è quasi completamente costituito da travertino.
Tufo calcareo
Ha le stesse caratteristiche del travertino, ma con una porosità più accentuata. Ha, di conseguenza, densità piuttosto bassa e, a causa delle cavità distribuite uniformemente in tutto il volume, assicura un buon isolamento termico e acustico. Per questa sua proprietà veniva usato come pietra da costruzione
Marmi
I marmi, dal punto di vista chimico, sono costituiti da carbonato di calcio ad alto grado di purezza. Sono rocce calcaree metamorfiche in cui la ricristallizzazione su vasta scala di calcari preesistenti ha dato luogo a una struttura microcristallina, come si può rilevare dalle immagini al microscopio: una superficie fratturata di recente, presenta una grana fine con piccoli cristalli orientati a caso e saldati, con un aspetto che ricorda quello del più comune zucchero, il saccarosio.
Perciò la struttura del marmo è anche definita saccaroide.
Da un punto di vista commerciale, è definito marmo qualsiasi pietra con le caratteristiche salienti del marmo propriamente detto, e cioè:
- versatilità ad essere scolpito, levigato e lucidato
- a essere ridotto in blocchi e lastre.
Classificazione
Una classificazione dei marmi è solitamente effettuata sulla base del colore che può interessare l'insieme della superficie oppure soltanto le venature. Altri criteri di classificazione sono la specificazione del tipo di fossile che ha contribuito a originare il primo giacimento di origine .
Si parla pertanto di marmi ammonitici, nummulitici ecc. il colore del marmo è determinato da impurezze inglobate.
Si ricordano, tra gli altri marmi:
– Bianchi. Detto santuario, quando è translucido e non presenta riflessi se non debolmente grigi. E' molto pregiato e, come dice il nome, trova utilizzo per monumenti.
I marmi bianchi possono presentare macchie o venature colorate circoscritte in alcune zone: vengono, in tal caso, considerati non di prima scelta.
– Grigio-azzurri, presenti nelle cave della Toscana
– Gialli il cui colore è impartito dall'ossido di ferro
– Rossi il cui colore è, anche in questo caso, determinato da un ossido di ferro Fe2O3 in cui il ferro presenta numero di ossidazione +3
– Marmi diversi impropriamente classificati come marmi, pur essendo in realtà pietre silicee, e, in particolare una varietà di serpentino
– Policromi che hanno una funzione altamente decorativa
