O carbonato de cálcio ou cal é um composto iônico que ocorre na natureza em várias formas. Montanhas, recifes de coral e cavernas de estalactites são em grande parte feitos de calcário, uma substância formada por uma série de reações químicas ao longo da história da Terra. O mármore e o giz são formas especiais de carbonato de cálcio.

O carbonato de cálcio é um composto químico de cálcio, carbono e oxigênio com a fórmula química CaCO3. Como um sal de cálcio do ácido carbônico, ele pertence ao grupo de substâncias do carbonato. É um sólido cristalino incolor cuja estrutura cristalina consiste nos íons Ca2+ e CO32- em uma proporção de 1:1.

As fontes mais importantes dessa substância são as conchas e o calcário (CaCO3). Há também outros minerais que contêm esse composto químico, como o giz, o mármore e muitos outros.

O carbonato de cálcio é um dos compostos mais difundidos na Terra, especialmente na forma de rocha sedimentar. Ele ocorre principalmente na forma do mineral calcita (calcite, double spar), que é um dos minerais mais comuns na crosta terrestre. Além de ser o mineral predominante no calcário maciço, em combinação com quartzo, barita e fluorita, é também a rocha de origem de muitos veios de minério. Ele pode até ser o único componente de veios cuja espessura varia de alguns centímetros a várias dezenas de metros. Outras modificações do carbonato de cálcio são os minerais aragonita e vaterita. O nome aragonita é derivado da ocorrência mais importante do mineral em Aragão. Ele ocorre com mais frequência nas proximidades da água do mar. A razão para isso é o magnésio contido na água do mar, que favorece a formação de aragonita em vez de calcita. Junto com a calcita, a aragonita é o biomineral mais comum. Ela é o componente inorgânico da madrepérola em conchas, é frequentemente encontrada em pérolas e também pode ser encontrada em mexilhões.

A Ikaite é o hidrato de carbonato de cálcio e foi descoberta pela primeira vez na natureza em 1963, na forma de colunas de até 20 metros de altura no Ikkafjord, na Groenlândia. O local onde foi encontrado também deu ao mineral seu nome. O mineral é instável à pressão atmosférica acima de 0 °C e se transforma em calcita acima dessa temperatura. Sua formação é favorecida pelo magnésio (que é abundante na água do mar) e outros aditivos.

A Ikaite ocorre como cristais prismáticos, mas também como massas fibrosas ou estalactites. Sua densidade é de 3,39 g/cm3 e sua dureza é de 2,5 na escala Mohs. É transparente a translúcida, com cor branca e brilho vítreo.

Há também dois outros minerais pseudopolimórficos, a monohidrocalcita e a ikaita, que são hidratos de carbonato de cálcio. A monohidrocalcita instável é o monohidrato de carbonato de cálcio. A primeira ocorrência natural de monohidrocalcita foi descrita em 1959 e 1964 como sedimento impuro no Lago Issyk-Kul, no Quirguistão. Em organismos vivos, ela é encontrada nos cálculos da bexiga de cobaias e nos cálculos das orelhas de alguns vertebrados.

O carbonato de cálcio é um mineral que ocorre em muitos lugares da Terra. É o principal componente do calcário sedimentar, do mármore metamórfico e de outras rochas sedimentares, como oolito ou estromatólito. Na natureza viva, é encontrado no exoesqueleto de crustáceos, corais, mexilhões, caracóis e protozoários. Em alguns deles, também está presente em uma das várias fases conhecidas de carbonato de cálcio amorfo (ACC).

Os primeiros calcários de tamanho significativo foram formados por estromatólitos há mais de dois bilhões de anos.

O carbonato de cálcio é muito comum no solo. Os minerais de cálcio mais importantes em nossos solos são a calcita e a dolomita [CaMg(CO3)2]. Eles são liberados no solo quando as rochas de carbonato ou marga sofrem intempéries.

Ao contrário da crença popular, os ossos e os dentes dos vertebrados não contêm carbonato de cálcio, mas sim as substâncias que contêm cálcio, a hidroxiapatita (nos ossos) e também a fluorapatita nos dentes. Entretanto, o carbonato de cálcio é encontrado em plantas, por exemplo. Os pelos das folhas do dogwood vermelho são revestidos com carbonato de cálcio.