Quá trình phong hóa hoá học hoà tan CaCO3 trong nƣớc xảy ra cân bằng:
CaCO3 = CaO + CO2
Trong nƣớc tự nhiên thƣờng có mặt axit carbonic, axit này thƣờng bị phân giải theo hai bậc:
H2CO3 = H+ + HCO3- và HCO3- = CO32- + H+
Sự tách H+ ra khỏi dung dịch sẽ gây ra sự kết tủa CaCO3 vì có quá nhiều CO3
2-
trong dung dịch.
Nồng độ axit cacbonic là một trong các nhân tố quan trọng tạo lên đá vôi trong tự nhiên. Sự hoà tan CO2 trong nƣớc tuỳ thuộc vào nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng thì CO2 giảm nhanh. Áp xuất làm hoà tan CO2 và cũng ảnh hƣởng tới sự phân ly của HCO3 và khả năng hoà tan CaCO3 trong nƣớc khi hàm lƣợng CO2 không đổi.
Sự kết tủa carbonat từ nƣớc tuỳ thuộc vào sự có mặt trong nƣớc của CO2. Khi áp xuất giảm, nhiệt độ tăng, khí CO2 thoát ra và carbonat sẽ kết tủa. Sự thành tạo carbonat trong môi trƣờng có ý nghĩa hơn cả. Thông thƣờng mặt bão hoà CaCO3, còn ở những vùng nhiệt đới lƣợng CaCO3 quá bão hoà. Ở trạng thái quá bão hoà hàm lƣợng CaCO3, đạt 80g/1m3
nƣớc biển, các hạt thạch anh và trầm tích sinh vật trở thành các mầm kết tinh cho CaCO3. Trong điều kiện biển ngày mang đến nƣớc mới sẽ xảy ra trầm tích carbonat khá dày. Những công trình nghiên cứu trầm tích carbonat hiện đại chứng minh rằng, dƣới độ sâu 5000m không xảy ra tích tụ carbonat.
biển dẫn đến sự thành tạo CO2 để duy trì Ca trong dung dịch. Sinh vật biển sử dụng CO2 trong quá trình quang hợp sẽ gây ra sự kết tủa carbonat.
Sự kết tủa carbonat dƣới dạng aragonit thƣờng gặp trong điều kiện trầm tích lục địa, còn trong điều kiện biển ít gặp hơn và còn nhiều vần đề chƣa giải quyết đƣợc.
Những kết quả nghiên cứu về biển hiện đại, nghiên cứu thực nghiệm và nghiên cứu trong các thực thể đá carbonat của nhiều nhà nghiên cứu cho thấy những thành tạo carbonat thuần tuý từ kết tủa hoá học là rất hiếm mà luôn có sự tham gia của sinh vật. Thƣờng gặp carbonat lắng đọng từ dung dịch thật với sự tham gia gián tiếp của sinh vật để tạo thành loại đá có nguồn gốc sinh hoá.
Sự kết tủa carbonat có nguồn gốc sinh hoá có thể do hoạt động sống của sinh vật, ngoài ra hoạt động của vi khuẩn kỵ khí cũng là nhân tố gây ra sự kết tủa CaCO3. Đôi khi carbonat cũng đƣợc hình thành do sự thoát CO2 ra bởi thực vật.