山東科技大學白云石成因機理研究取得重要突破

近日，山東科技大學地科學院教授韓作振團隊在常溫無機條件下白云石原生沉淀機理研究取得重要進展，相關成果發表于地球科學領域國際頂級Nature Index期刊《地球和行星科學快報》。

白云石成因機理研究  山東科技大學供圖

白云巖是重要礦石和油氣儲層，同時白云巖的形成也是全球碳循環過程中重要的“碳儲存”途徑。白云石是白云巖的主要礦物組分。研究表明白云石廣泛分布于全新世以前的地層，然而全新世以來地層中的白云石豐度顯著降低。地質歷史時期白云石主要在地表常溫條件下形成，但在現代開放海洋中，白云石的沉淀非常罕見。另一方面，至今實驗室內仍未在常溫條件下合成出結構有序的白云石。地層中大規模白云石沉積與白云石常溫常壓下難以合成這一矛盾被稱為“白云石之謎”，已困擾地質學界兩百多年。因此白云石的成因機理一直是地質學領域研究的熱點和難點。

近年來，野外地質調查和室內實驗結果表明微生物能夠克服動力學障礙促進白云石沉淀，由此地質學家提出了“微生物白云石”模式。然而微生物白云石為結構無序的原白云石且微生物白云石成巖規模可能受到一定限制。自然水體中除微生物誘導外，白云石也可能通過化學沉淀的方式直接形成，然而關于白云石在無機條件下通過化學沉淀方式直接成功形成的報道較少。

該研究模擬自然水體環境，選取廣泛存在于現代和地質歷史時期自然環境中的二氧化碳和氨氣提供碳酸根離子和堿性環境，于常溫條件下，在含有不同鎂/鈣比的純化學無機溶液中，成功沉淀出具有一定有序結構的白云石。

研究結果顯示，氨氣能夠克服動力學障礙，加快白云石的成核及生長。同時，該研究對實驗合成的白云石和新元古代燈影組的白云石進行了對比分析，并結合海洋氮循環深入探討了地質歷史時期氨氣在白云石形成過程中的作用。該研究提出了常溫無機環境中具有一定有序結構白云石原生沉淀的新成因機制，豐富了白云石的成因機理，為地質歷史時期和自然水體環境中白云石形成機制的研究提供了重要的參考。

韓作振為論文通訊作者，山東科技大學博士孟瑞瑞為第一作者，山東科技大學為第一署名單位。該項研究成果得到國家自然科學基金的資助。

原文連接：https://doi.org/10.1016/j.epsl.2024.119012.