«Палеонтология и карбонат кальция»

Карбонат кальция основа большинства природных минералов кальция (мел, мрамор, известняк, ракушечник, кальцит, исландский шпат). В чистом виде вещество белого цвета или бесцветные кристаллы. Соединения кальция — известняк, мрамор, гипс (а также известь — продукт обжига известняка) применялись в строительном деле уже несколько тысячелетий назад. Вплоть до конца XVIII века химики считали известь простым веществом. В 1789 году А. Лавуазье предположил, что известь, магнезия, барит, глинозём и кремнезём — вещества сложные.

В естественной миграции кальция существенную роль играет «карбонатное равновесие», связанное с обратимой реакцией взаимодействия карбоната кальция с водой и углекислым газом с образованием растворимого гидрокарбоната:

(равновесие смещается влево или вправо в зависимости от концентрации углекислого газа).

Соединения кальция находятся практически во всех животных и растительных тканях. Значительное количество кальция входит в состав живых организмов. Из карбоната кальция CaCO₃ состоят раковины и панцири многих беспозвоночных, яичная скорлупа и др. В живых тканях человека и животных 1,4—2 % Са (по массовой доле); в теле человека массой 70 кг содержание кальция — около 1,7 кг (в основном в составе межклеточного вещества костной ткани).

Химические свойства карбоната кальция

1. 
   Карбонат кальция при нагревании разлагается на соответствующий оксид и углекислый газ.
   

2. 
   С водой, содержащей растворенный диоксид углерода, карбонат кальция реагирует, образуя растворы гидрокарбонатов:
   

При нагревании и даже при попытке выделить гидрокарбонат из раствора, удаляя воду при комнатной температуре, он разлагается по обратной реакции:

Ca^{2 +} + 2HCO₃ ^- = CaCO₃ + CO₂ + H₂O.

3. 
   Карбонат кальция взаимодействует с кислотами с выделением углекислого газа
   

4. 
   Карбонат кальция не растворим в воде и этаноле.
   

Кальцит, известковый шпат — минерал, одна из природных форм карбоната кальция. Исключительно широко распространён на поверхности Земли, породообразующий минерал. Кальцитом сложены известняки, меловые породы, мергели, карбонатиты. Кальцит — самый распространённый биоминерал: он входит в состав раковин и эндоскелета большинства беспозвоночных, а также покровных структур некоторых одноклеточных организмов.

Название предложено Гайдингером в 1845 году и происходит, как и название химического элемента, от лат. calx (род.п. calcis) — известь.

В чистом виде кальцит белый или бесцветный, прозрачный (исландский шпат) или просвечивающий, — в зависимости от степени совершенства кристаллической структуры. Примеси окрашивают его в разные цвета.

Известняк — осадочная горная порода органического происхождения, состоящая преимущественно из кристаллов кальцита различного размера и образующаяся при участии живых организмов в морских бассейнах.

Известняк, состоящий преимущественно из раковин морских животных и их обломков, называется ракушечником. При метаморфизме известняк перекристаллизуется и образует мрамор.

Название разновидности известняка отражает присутствие в нём остатков породообразующих организмов, район распространения, структуру (например, оолитовые известняки), примесей (железистые), характер залегания (плитняковые), геологический возраст (триасовые).

Из известняков сложены целые горные цепи в Альпах, широко распространён известняк и в других местах. У известняка нет блеска, он обычно светло-серого цвета, но может быть белым или тёмным, почти чёрным, голубоватым, желтоватым или розовым, в зависимости от состава примесей.

Мрамор

Мрамор (др.-греч. μάρμαρος — «белый или блестящий камень») — метаморфическая горная порода, состоящая только из кальцита, а также органических соединений. Мраморы появляются путем метаморфизма при средних температурах и давлениях из преимущественно карбонатных осадочных пород. При этих условиях очень мелкие зерна карбоната кальция и магния осадочных пород испытывают «бластез» — укрупнение кристаллов.

В мире разведано огромное количество месторождений мрамора. Самые известные — Каррарское в Италии, Паросское и Пенделиконское в Греции. В России это Кибик-Кордонское в Красноярском крае, Буровщина в Забайкалье, Уфалейское на Урале, Рускеальское и Белогорское в Карелии. Окраска мрамора также зависит от примесей.

Примеси	Окраска мрамора
оксид железа	красный, розовый,
сульфид железа	сине-чёрный
железосодержащие силикаты	зелёный
гидроксиды и карбонаты железа, марганца	жёлтый, бурый
графит	чёрный

Палеонтология

Палеонтология (от др.-греч. παλαιοντολογία) — наука об организмах, существовавших в прошлые геологические периоды и сохранившихся в виде ископаемых останков, а также следов их жизнедеятельности.

Палеонтологи исследуют не только останки собственно животных и растений, но и их окаменевшие следы, отброшенные оболочки и другие свидетельства их существования. В палеонтологии также используются методы палеоэкологии и палеоклиматологии с целью воспроизведения среды жизнедеятельности организмов, сопоставления современной среды обитания организмов, предположения местообитаний вымерших и т. д.

Ископаемые останки или окаменелости человек использовал, начиная с палеолита. Об этом свидетельствуют находки ожерелий из фрагментов вымерших кораллов и морских ежей, использовавшихся в ритуалах погребения, и другие археологические находки. Различные ископаемые упоминаются в преданиях, мифах и сказках. Так, белемниты называют «чёртовы пальцы» и в восточных сказках их рассматривают как ногти джинов, раковины фораминифер – нуммулитид в сказаниях о битвах Александра Македонского описывают как окаменевшие монетки.

Первые научные письменные документы об ископаемых организмах принадлежат древнегреческим естествоиспытателям и философам. Успехи естествознания древних греков были обобщены в трудах Аристотеля, жившего в 384–322 гг. до новой эры, – великого мыслителя своего времени, который создал основы классификации животных, зачатки сравнительной анатомии и эмбриологии. Окаменелости он считал остатками морских животных. Спустя много столетий в XV–XVI вв. такой взгляд на окаменелости поддерживал Леонардо да Винчи (1452–1519), хотя в то время существовали иные точки зрения, в частности, что окаменелости – это объекты, созданные богом после потопа.

  В XVII–XVIII вв. начинаются интенсивные исследования в различных отраслях естествознания. Это привело не только к накоплению огромного фактического материала, но и к появлению различных идей, гипотез. Большое значение в развитии палеонтологии имели труды шведского учёного Карла Линнея (1707–1778 гг.) – основоположника классификации и систематики. Он разделил всю природу на три царства: минералов, растений и животных. Одновременно с Линнеем работали блестящие учёные: во Франции Жорж Бюффон (1707–1788) и в России – Михаил Ломоносов (1711–1765).

Бюффон, рассматривая происхождение и развитие жизни, историю животного и растительного мира, подчёркивал единый план строения животных, говорил о наличии промежуточных форм между разными группами животных и считал, что история развития Земли насчитывает до 75 000 лет.

М. Ломоносов в своей книге «О слоях земных» объяснял происхождение осадочных горных пород образованием их в морских бассейнах. Ископаемые моллюски, встреченные в этих породах, обязаны своим происхождением морям, существовавшим в прошедшие геологические эпохи. Ломоносов представлял себе смену различных периодов жизни на Земле как последовательное чередование наступления и отступления морей, объясняя эти явления медленными колебаниями суши. Область распространения живых существ на Земле образует особую оболочку, называемую биосферой. Биосфера возникла с появлением на Земле живых существ: она занимает всю поверхность суши, все водоёмы Земли (океаны, моря, озёра, реки), проникает в атмосферу – большинство организмов поднимается в воздух более чем на 50 – 70 м, а споры бактерий и грибов заносятся на высоту до 22 км. Жизнь проникается в литосферу, где она концентрируется в основном в поверхности слоёв на глубине до 6-8 м, но некоторые бактерии найдены в слоях на глубине до 2-3 км.

В 90-х годах XVIII века и начале XIX века геодезист и горный инженер Уильям Смит активно использовал окаменелости, чтобы установить связь между горными пластами в разных местах. Он установил принцип последовательности фаун, согласно которому каждый пласт осадочной породы содержит определенный тип окаменелостей, которые следуют друг за другом в предсказуемом порядке даже в пластах, разделенных огромным расстоянием.

Новый этап в развитии палеонтологии начинается с появлением в 1859 году наиболее завершённой на тот момент теории эволюции Чарльза Дарвина, оказавшей определяющее влияние на всё дальнейшее развитие естествознания. Современная эволюционная палеонтология была основана Владимиром Ковалевским. Именно благодаря исследованиям Ковалевского и его находкам дарвинизм приобрёл палеонтологически обоснованную базу.

Условия существования на земле очень разнообразны и определяются факторами как неорганического, так и органического порядка. К неорганическим факторам относятся: температура, влажность, солёность воды, глубина бассейна, давление. К органическим факторам относятся те взаимоотношения, в которые вступают организмы между собой. Эти взаимоотношения в первую очередь выражаются пищевыми связями. Каждый вид обладает своим ареалом, занимая различные части земной поверхности. Все организмы на земле живут сообществами, называемыми биоценозами. Организмы, входящие в состав биоценоза, по-разному реагируют на колебания того или иного фактора среды – солёности, температуры, давления. Одни могут существовать при широких колебаниях одного из факторов среды и тогда прибавляется приставка «эври»; другие не переносят даже незначительного изменения этого фактора и тогда прибавляется приставка «стено». Если это глубина – эврибатный, стенобатный; солёность – эвригалинный, стеногалинный; температура – эвритермный, стенотермный.