Le carbonate de calcium ou calcaire est un composé ionique que l'on trouve dans la nature sous différentes formes. Les montagnes, les récifs coralliens et les grottes à stalactites et stalagmites sont en grande partie constitués de calcaire, une substance qui s'est formée par une succession de réactions chimiques au cours de l'histoire de la Terre. Le marbre et la craie sont tous deux des formes particulières de carbonate de calcium.

Le carbonate de calcium est un composé chimique de calcium, de carbone et d'oxygène dont la formule chimique est CaCO3. En tant que sel de calcium de l'acide carbonique, il appartient au groupe de substances des carbonates. C'est un solide cristallin incolore dont la structure cristalline est composée des ions Ca2+ et CO32- dans un rapport 1:1.

Les principales sources de cette substance sont les coquillages et le calcaire (CaCO3). Par ailleurs, il existe d'autres minéraux contenant ce composé chimique, comme la craie, le marbre et bien d'autres.

Le carbonate de calcium est l'un des composés les plus répandus sur la Terre, notamment sous forme de roches sédimentaires. Il se présente principalement sous la forme du minéral calcite (calcite, double spath), qui est l'un des minéraux les plus fréquents de la croûte terrestre. Il s'agit non seulement du minéral prédominant dans le calcaire massif, mais aussi, en combinaison avec le quartz, la barytine et la fluorine, de la roche de base de nombreux filons. Il peut même être le seul composant de filons dont l'épaisseur varie de quelques centimètres à plusieurs dizaines de mètres. Les autres modifications du carbonate de calcium sont les minéraux aragonite et vaterite. Le nom d'aragonite provient du principal gisement de ce minéral en Aragon. On le trouve de plus en plus près des eaux marines. Cela s'explique par le magnésium contenu dans l'eau de mer, qui favorise la formation d'aragonite par rapport à la calcite. L'aragonite est, avec la calcite, le biominéral le plus courant. Elle est le composant inorganique de la nacre dans les coquillages, se trouve fréquemment dans les perles et est également présente dans les moules.

L'ikait est l'hydrate de carbonate de calcium et a été découvert pour la première fois dans la nature en 1963 sous forme de colonnes pouvant atteindre 20 mètres de haut dans l'Ikkafjord au Groenland. Le lieu de la découverte a également donné son nom au minéral. Le minéral est instable à une pression atmosphérique supérieure à 0 °C et se transforme en calcite au-dessus de cette température. Sa formation est favorisée par le magnésium (présent en abondance dans l'eau de mer) et par d'autres additifs.

L'ikaïte se présente sous forme de cristaux prismatiques, mais aussi de masses fibreuses ou de stalactites. Elle a une densité de 3,39 g/cm3 et une dureté de 2,5 sur l'Échelle de Mohs. Elle est transparente à translucide avec une couleur blanche et un éclat vitreux.

Il existe en outre deux autres minéraux pseudopolymorphes, la monohydrocalcite et l'ikaïte, qui sont des hydrates de carbonate de calcium. La monohydrocalcite instable est le monohydrate du carbonate de calcium. La première occurrence naturelle de monohydrocalcite a été décrite en 1959 et 1964 comme sédiment impur dans le lac Issyk-Kul au Kirghizstan. Chez les êtres vivants, on la trouve dans les calculs vésicaux des cobayes et dans les calculs auriculaires de certains vertébrés.

Le carbonate de calcium est un minéral que l'on trouve en de nombreux endroits de la planète. Il est le principal constituant du calcaire sédimentaire, du marbre métamorphique et d'autres roches sédimentaires comme l'oolithe ou le stromatolithe. Dans la nature vivante, on le trouve dans l'exosquelette des crustacés, des coraux, des bivalves, des escargots et des protozoaires. Dans ces derniers, il est parfois également présent dans l'une des différentes phases amorphes de carbonate de calcium (ACC) connues.

Les premiers calcaires de taille significative ont été formés par des stromatolithes il y a plus de deux milliards d'années.

Le carbonate de calcium est largement répandu dans le sol. Les principaux minéraux de calcium présents dans nos sols sont la calcite et la dolomite [CaMg(CO3)2]. Ils sont libérés dans le sol lorsque les roches carbonatées ou les marnes se décomposent.

Contrairement à la croyance populaire, les os et les dents des vertébrés ne contiennent pas de carbonate de calcium, mais des substances contenant également du calcium, l'hydroxyapatite (dans les os) et en plus la fluoroapatite dans les dents. Toutefois, le carbonate de calcium est présent dans les plantes, par exemple. Les poils des feuilles du cornouiller rouge sont recouverts de carbonate de calcium.