تراورتن ( / ˈ t r æ v ər t iː n / TRAV -ər-teen ) [1] شکلی از سنگ آهک زمینی است که در اطراف چشمه های معدنی به ویژه چشمه های آب گرم نهشته شده است . اغلب ظاهری فیبری یا متحدالمرکز دارد و در انواع سفید، خرمایی، کرم رنگ و زنگ زده وجود دارد. [2] [3] این ماده در اثر رسوب سریع کربنات کلسیم ، اغلب در دهانه چشمههای آب گرم یا در غارهای آهکی تشکیل میشود. در دومی، می تواند استالاکتیت ها ، استالاگمیت ها و دیگر غاربها را تشکیل دهد . اغلب در ایتالیا و جاهای دیگر به عنوان مصالح ساختمانی استفاده می شود . رسوبات مشابه (اما نرم تر و بسیار متخلخل) که از آب با دمای محیط تشکیل شده اند به عنوان توفا شناخته می شوند .
تراورتن یک سنگ رسوبی است که از رسوب شیمیایی مواد معدنی کربنات کلسیم از آب شیرین، [4] به طور معمول در چشمه ها، رودخانه ها و دریاچه ها تشکیل می شود. [5] [6] یعنی از آبهای سطحی و زیرزمینی. [7] در گستردهترین مفهوم، تراورتن شامل رسوباتی در چشمههای آب گرم و سرد میشود، از جمله سنگ متخلخل و اسفنجی به نام توفا ، [7] [8] [4] و همچنین ویژگیهای غار معروف به اسپلئوتم (که شامل استالاکتیتها و استالاکتیتها میشود). استالاگمیت ). [9] [5] [7] [10] [8] [4] کالکریت ، که مواد معدنی کلسیمی است که به عنوان یک افق در نیمرخ خاک رسوب میکند ، شکلی از تراورتن در نظر گرفته نمیشود. [7] [11]
تراورتن اغلب به معنای باریک تر به عنوان سنگ متراکم، گاهی اوقات حجیم اما معمولاً نواری یا با ساختار داخلی فیبری که در چشمه های آب گرم رسوب می کند، تعریف می شود. [5] [7] [4] [6] در این معنای محدود تر، تراورتن از غارهای [12] و توف متمایز است. [5] [13] [6] تراورتن گاهی اوقات بر اساس نحوه منشاء آن تعریف می شود، به عنوان سنگی که در اثر رسوب معدنی مواد معدنی کربنات کلسیم بر روی سطح به دنبال تبادل دی اکسید کربن بین جو و آب های زیرزمینی تشکیل می شود. کالکریت، مارن دریاچه و صخره های دریاچه از این تعریف مستثنی هستند، اما هر دو غار و توف را شامل می شود. [14]
تراورتن های تازه از نظر تخلخل بسیار متفاوت هستند ، از حدود 10٪ تا 70٪. سنگهای باستانی ممکن است به دلیل تبلور کلسیت ثانویه در فضاهای منفذ اصلی دارای تخلخل کمتر از 2٪ باشند ، در حالی که برخی از تراورتنهای تازه آراگونیت در چشمههای آب گرم ماموت در وایومینگ دارای تخلخل بیش از 80٪ هستند. تخلخل حدود 50 درصد برای سنگ تراورتن چشمه سرد معمولی است در حالی که تراورتن های چشمه آب گرم دارای میانگین تخلخل حدود 26 درصد هستند. اسپلئوتم ها تخلخل کم کمتر از 15 درصد دارند. [15]
تراورتن لندفرم های متمایز را تشکیل می دهد:
کلمه تراورتن از واژه ایتالیایی travertino مشتق شده است ، مشتق شده از tiburtinus لاتین به معنی "از تیبور" که اکنون به نام تیوولی در نزدیکی رم، ایتالیا شناخته می شود. [23] [24]
تشکیل تراورتن زمانی شروع می شود که آب های زیرزمینی ( H 2 O ) حاوی غلظت بالایی از دی اکسید کربن محلول ( CO 2 ) با سنگ آهک یا سایر سنگ های حاوی کربنات کلسیم ( CaCO 3 ) در تماس باشند . دی اکسید کربن محلول به عنوان یک اسید ضعیف عمل می کند، اسید کربنیک ، که مقداری از سنگ آهک را به صورت بی کربنات کلسیم محلول در می آورد .+2+ 2HCO-3):
این یک واکنش برگشت پذیر است ، به این معنی که با افزایش غلظت بی کربنات کلسیم محلول، بی کربنات کلسیم شروع به بازگشت به کربنات کلسیم ، آب و دی اکسید کربن می کند. تا زمانی که دی اکسید کربن جایی برای رفتن وجود نداشته باشد، تعادل شیمیایی حاصل می شود که در آن انحلال کربنات کلسیم با رسوب کربنات کلسیم متعادل می شود. [25]
اگر آب های زیرزمینی به محیطی با غلظت کمتر دی اکسید کربن (که با فشار جزئی آن ، pCO 2 اندازه گیری می شود ) حرکت کند، مقداری از دی اکسید کربن به محیط خارج می شود و تعادل را به هم می زند و امکان رسوب خالص کربنات کلسیم را فراهم می کند. :
کربنات کلسیم به آسانی بر روی سطوح جامد که توسط آب های زیرزمینی غرق شده اند رسوب می کند و در نهایت رسوبات ضخیم تراورتن ایجاد می کند. به دلیل نقش CO 2 در حل و انتقال کربنات کلسیم، گاهی اوقات به عنوان حامل CO 2 یا به سادگی به عنوان حامل توصیف می شود . [25]
مهمترین منابع افزایش غلظت دی اکسید کربن در آب های زیرزمینی خاک و فعالیت های آتشفشانی است. آبی که از خاک عبور می کند دی اکسید کربن را از ریشه گیاهان و مواد آلی در حال پوسیدگی می گیرد . [26] این CO 2 به عنوان حامل شهابسنگ توصیف میشود و تراورتن که توسط این مکانیسم بهعنوان سنگ تراورتن متئوژن تشکیل میشود . [25] این مکانیسم اصلی برای تشکیل غاربها است. آب زیرزمینی با غلظت افزایش یافته CO 2 جذب شده از خاک به سنگ آهک زیرین نفوذ می کند و مقداری از سنگ آهک را حل می کند. هنگامی که این آب زیرزمینی به داخل غاری با غلظت کمتر CO 2 خارج می شود ، مقداری از CO 2 خارج می شود و به کربنات کلسیم اجازه می دهد تا رسوب کند و استالاکتیت ها، استالاگمیت ها و دیگر غارها را بسازد. [27] [28]
فعالیت آتشفشانی منبع دی اکسید کربن در آب های زیرزمینی است که از چشمه های آب گرم خارج می شود. هنگامی که آب به دهانه چشمه می رسد، به سرعت دی اکسید کربن را در هوای آزاد از دست می دهد و کربنات کلسیم را در اطراف دهانه چشمه رسوب می دهد. تراورتنی که از این طریق تشکیل می شود به عنوان تراورتن ترموژن توصیف می شود . [25] این می تواند ذخایر دیدنی تراورتن را تشکیل دهد، مانند منابع آب گرم پاموکاله یا ماموت. دی اکسید کربن ممکن است از منابعی در اعماق زمین، [29] [30] مانند دگرگونی سنگ های عمیق مدفون شده باشد. دی اکسید کربن توسط ماگما به سطح منتقل می شود و جزء اصلی گازهای آتشفشانی است . [31] [32] دیاکسید کربن همچنین ممکن است توسط اجسام ماگمایی که سنگ جامد را در نزدیکی سطح زمین گرم میکنند، از طریق تجزیه حرارتی مواد آلی، یا توسط واکنشهای کوارتز یا سایر کانیهای سیلیس با کانیهای کربناته تولید شود . [33]
بارش ممکن است توسط عواملی که منجر به کاهش pCO 2 می شود افزایش یابد ، برای مثال افزایش فعل و انفعالات هوا و آب در آبشارها ممکن است مهم باشد [34] و همچنین فتوسنتز ممکن است مهم باشد. [35]
به ندرت، تراورتن ممکن است از آب بسیار قلیایی حاوی هیدروکسید کلسیم محلول ( Ca) تشکیل شود.+2+ 2OH - ) در طی سرپانتینه سازی سنگ اولترامافیک تولید می شود . هنگامی که این آب قلیایی به سطح می رسد، دی اکسید کربن را از هوا جذب می کند تا کربنات کلسیم را رسوب دهد: [25]
در حالی که آب کربناته شده توسط فعالیت های آتشفشانی معمولاً با چشمه های آب گرم همراه است، چنین آبی گهگاه قبل از ظهور در سطح، تا دمای نزدیک به محیط خنک می شود. به همین ترتیب، آب کربناته شده از طریق عبور از خاک، گهگاه تا اعماق کافی در گردش است که وقتی دوباره در سطح ظاهر می شود، کاملاً گرم است. آب کربناته شده توسط فعالیت های آتشفشانی با این وجود دارای محتوای بی کربنات کلسیم محلول بیشتری است و عموماً در ایزوتوپ سنگین 13 C غنی تر می شود . [36]
هر دو ماده معدنی کربنات کلسیم، کلسیت و آراگونیت ، در تراورتن های چشمه آب گرم یافت می شوند. آراگونیت ترجیحا زمانی که دما بالا است رسوب می کند، در حالی که کلسیت در زمانی که دما پایین تر است غالب است. [37] [38] هنگامی که تراورتن خالص و ریز است، سفید است، اما اغلب به دلیل ناخالصی ها قهوه ای تا زرد است.
تراورتن در صدها مکان در سراسر جهان یافت می شود. [39] فقط نمونه ای از رخدادهای قابل توجه در اینجا فهرست شده است.
تراورتن در تیوولی، در 25 کیلومتری شرق رم، جایی که سنگ تراورتن حداقل 2000 سال است، یافت می شود. [40] تراورتن تیوولی در بدنه ای به مساحت 20 کیلومتر مربع (7.7 مایل مربع) و ضخامت 60 متر (200 فوت) در امتداد یک گسل رو به شمال در نزدیکی آتشفشان خاموش کولی آلبانی نهشته شد . معدن Guidonia در این ذخیره سنگ تراورتن قرار دارد. [41] نام باستانی این سنگ lapis tiburtinus به معنای سنگ تیبور بود که به تدریج به تراورتینو (تراورتن) تبدیل شد. مطالعات دقیق نهشتههای تراورتن تیوولی و گویدونیا ، نوارهای ریتمیک روزانه و سالانه را نشان داد که دارای کاربرد بالقوه در زمینشناسی هستند . [42] رسوبات سنگ تراورتن در حدود 100 مکان دیگر در ایتالیا، از جمله Rapalino در نزدیکی پیزا یافت می شود .
آبشارهایی از دریاچه های طبیعی که در پشت سدهای تراورتن تشکیل شده اند را می توان در پاموکاله ، ترکیه که در فهرست میراث جهانی یونسکو قرار دارد، مشاهده کرد . مکانهای دیگر با چنین آبشارهایی عبارتند از Huanglong در استان سیچوان چین (یکی دیگر از میراث جهانی یونسکو)، چشمههای آب گرم ماموت در ایالات متحده، Egerszalók در مجارستان، محلات ، عباس آباد، آتش کوه و باداب سورت در ایران ، بند. -i-Amir در افغانستان ، Lagunas de Ruidera ، اسپانیا، Hierve el Agua ، Oaxaca، مکزیک و Semuc Champey ، گواتمالا .
در آخرین بهینه دیرین اقلیم پس از یخبندان اروپای مرکزی ( دوره اقیانوس اطلس ، 8000 تا 5000 قبل از میلاد)، ذخایر عظیم توف از چشمه های کارست تشکیل شده است . در مقیاس کوچکتر، این فرآیندهای کارست هنوز کار می کنند. [43] ژئوتوپهای مهمی در آلب سوابی ، عمدتاً در درههایی در پیشروترین خط الراس شمال غربی کوئستا یافت میشوند . [44] [45] در بسیاری از درههای حاشیه فرسایش یافته Jura کارستی فرانکونی . و در کوهپایه های آلپ شمالی . [46] [47]
آبراهههای کارست دیناریک ، بهویژه آنهایی که در بوسنی و هرزگوین و کرواسی هستند، به دلیل ایجاد ذخایر غنی تراورتن و پدیدههای مرتبط مانند غارهای توفا و تراورتن، جزایر رودخانهها، موانع و آبشارها شناخته شدهاند. [48] [49] در بوسنی و هرزگوین، رودخانه Una به ویژه غنی از ذخایر است، [50] و همچنین Pliva ، Trebižat ، Buna ، Bregava . [48] تراورتن 16 سد طبیعی را در دره ای در کرواسی به نام پارک ملی دریاچه های پلیتویس تشکیل داده است . این سنگ تراورتن که به خزه ها و صخره های موجود در آب چسبیده است، در طول چندین هزار سال ایجاد شده و آبشارهایی به ارتفاع 70 متر (230 فوت) تشکیل داده است. [51] [49] همچنین در کرواسی Krka ، Zrmanja با شاخه Krupa، و Kupa در کرواسی و اسلوونی، و Krka در اسلوونی.
در ایالات متحده، شناخته شده ترین مکان برای تشکیل تراورتن، پارک ملی یلوستون است ، جایی که مناطق زمین گرمایی سرشار از ذخایر تراورتن است. [52] وایومینگ همچنین دارای تراورتن در پارک ایالتی هات اسپرینگز در ترموپولیس است . [53] اوکلاهاما دو پارک دارد که به این شگفتی طبیعی اختصاص داده شده است. آبشار ترنر ، بلندترین آبشار در اوکلاهاما، آبشاری ۷۷ فوتی (۲۳ متری) از آب چشمه است که بر فراز یک غار تراورتن جریان دارد. هانی کریک این آبشار را تغذیه می کند و مایل ها قفسه های سنگ تراورتن را در بالا و پایین دست ایجاد می کند. بسیاری از آبشارهای کوچک در بالای دست در جنگل های انبوه، اثر تشکیل تراورتن را تکرار می کنند. [54] یکی دیگر از منابع سنگ تراورتن در سولفور، اوکلاهما ، 10 مایلی (16 کیلومتری) شرق آبشار ترنر است. نهر تراورتن در محدوده منطقه تفریحی ملی Chickasaw از میان حفاظتشده طبیعی آب چشمه میگذرد . [55]
آستین، تگزاس ، و اطراف "Hill Country" در جنوب بر روی سنگ آهک ساخته شده است. این منطقه سازندهای سنگ تراورتن زیادی دارد، مانند آنچه در آبشار گورمن در پارک ایالتی کلرادو بند یافت می شود . [56] دریاچه معلق در کانیون گلن وود در کلرادو توسط سدهای تراورتن در سرتاسر جریانی که از چشمه تغذیه میشود، تشکیل شده است. [57] ضخامت تخت های تراورتن در این منطقه به 40 فوت (12 متر) می رسد. [58] پارک ایالتی Rifle Falls در کلرادو دارای یک آبشار سه گانه بر روی یک سد تراورتن است. [59] [60]
سیستم چشمه آب گرم سد سودا در کوه های جمز در نیومکزیکو به دلیل ارتباط آن با سیستم زمین گرمایی دهانه دره به شدت مورد بررسی قرار گرفته است . آب های زیرزمینی داغ از دهانه دهان در امتداد گسل Jemez حرکت کرده و قبل از ظهور در سطح با آب های زیرزمینی خنک تر مخلوط شده است. تاریخگذاری رادیومتری تراورتنها نشان میدهد که رسوبگذاری تقریباً بلافاصله پس از فوران دهانه دره آغاز شد و این منطقه در حال تجربه رسوبگذاری است که از 5000 سال پیش آغاز شده است. [61] گونه جدیدی از جلبک سبز افراطی Scenedesmus برای اولین بار از سنگ تراورتن سد سودا جدا شد. [62]
در ایسلند ، رودخانه Hvanná، واقع در جناح شمالی Eyjafjallajökull ، پس از فورانهای سال 2010 به شدت با CO 2 مملو شد . تراورتن در کنار رودخانه رسوب کرد. [63]
تراورتن اغلب به عنوان مصالح ساختمانی استفاده می شود . معمولاً فاقد سطوح ضعف است و تخلخل زیاد آن باعث میشود وزن آن نسبت به استحکام سبک باشد، خواص عایق حرارتی و صوتی خوبی به آن بدهد و کار را نسبتاً آسان کند. سنگ تراورتن متراکم در صورت صیقل دادن، سنگ تزئینی عالی می سازد. [64]
رومی ها ذخایر سنگ تراورتن را برای ساخت معابد، بناهای تاریخی، [65] قنات ها، [66] مجتمع های حمام، [67] و آمفی تئاترهایی مانند کولوسئوم ، [68] بزرگترین ساختمان جهان که عمدتاً از سنگ تراورتن ساخته شده، استخراج می کردند. [69] در ایتالیا، معادن سنگ تراورتن معروف در Tivoli و Guidonia Montecelio وجود دارد، جایی که مهمترین معادن از زمان روم باستان وجود دارد. [70] معادن تیوولی سنگ تراورتن را تهیه کردند که از آن جیان لورنزو برنینی موادی را برای ساخت ستونبندی میدان سنت پیتر در رم ( colonnato di Piazza S. Pietro ) در سالهای 1656-1667 انتخاب کرد. [71] میکل آنژ همچنین سنگ تراورتن را به عنوان ماده برای دنده های خارجی گنبد کلیسای سنت پیتر انتخاب کرد . [72] سنگ تراورتن از تیوولی در مجسمه سازی بیشتر فواره تروی در رم در دوره باروک استفاده می شد . [73]
تراورتن به عنوان یک مصالح ساختمانی در قرون وسطی محبوبیت خود را به دست آورد. [74] شهر مرکزی آلمان Bad Langensalza دارای یک شهر قدیمی قرون وسطایی است که تقریباً تماماً از سنگ تراورتن محلی ساخته شده است. [ نیاز به نقل از ] ساختمانهای قرن بیستم که به طور گسترده از سنگ تراورتن استفاده میکنند شامل کلیسای Sacré-Cœur در پاریس ، مرکز گتی در لس آنجلس ، کالیفرنیا، و Shell-Haus در برلین است . سنگ تراورتن مورد استفاده در ساخت و سازهای گتی سنتر و شل-هاوس از تیوولی و گویدونیا وارد شده است. [75]
سنگ تراورتن یکی از چندین سنگ طبیعی است که برای سنگفرش پاسیو و مسیرهای باغ استفاده می شود. [76] گاهی اوقات به عنوان سنگ آهک تراورتن یا سنگ مرمر تراورتن شناخته می شود. اینها همان سنگ هستند، اگرچه تراورتن به درستی به عنوان یک نوع سنگ آهک طبقه بندی می شود، نه سنگ مرمر . مشخصه این سنگ سوراخ ها و فرورفتگی هایی در سطح آن است. اگرچه این فرورفتگی ها به طور طبیعی ایجاد می شوند، اما نشانه هایی از سایش و پارگی قابل توجه در طول زمان را نشان می دهند. می توان آن را صاف و براق کرد و در رنگ های مختلف از خاکستری تا قرمز مرجانی عرضه می شود. تراورتن در اندازه های کاشی برای نصب کف موجود است . [77] [78]
سنگ تراورتن یکی از سنگ های پرکاربرد در معماری مدرن است . معمولاً برای کفپوش های داخلی خانه/تجاری، کفپوش پاسیو در فضای باز، دیوارها و سقف های آبگرم، نماها و روکش دیوارها استفاده می شود . دیوارهای لابی برج مدرنیست ویلیس (1970) (برج سیرز سابق) در شیکاگو از سنگ تراورتن ساخته شده است. [79] معمار ولتون بکت اغلب سنگ تراورتن را در بسیاری از پروژه های خود قرار می داد. [80] مرکز پزشکی رونالد ریگان UCLA با بیش از 3 میلیون پوند (حدود 1360 تن) تراورتن Ambra Light از معادن تیوولی پوشیده شده است. [81] معمار لودویگ میس ون در روهه از سنگ تراورتن در چندین اثر اصلی خود استفاده کرد، از جمله مرکز Toronto-Dominion ، [82] SR Crown Hall ، [83] خانه Farnsworth [84] و غرفه بارسلون . [85] کاپیتول ایالت نیومکزیکو با سنگ تراورتن [86] استخراج شده از معدنی در غرب بلن، نیومکزیکو به پایان رسید . از سنگ این معدن در ساختمان های دانشگاه نیومکزیکو نیز استفاده می شود . [87] [88]
تا دهه 1980، ایتالیا تقریباً در انحصار بازار جهانی سنگ تراورتن بود. در حال حاضر منابع قابل توجهی در ترکیه، مکزیک، چین ، پرو و اسپانیا استخراج می شود. واردات تراورتن آمریکا در سال 2019، 17808 تن متریک بوده که 12804 تن آن از ترکیه بوده است. [89]