溫酸化海水:白云石溶液

　　“白云石問(wèn)題”是兩個(gè)截然不同的觀察結(jié)果的產(chǎn)物。首先，有大量的古代海洋石灰石(CaCO3)沉積物已經(jīng)被礦物白云石(MgCa(CO3)2)所取代。然而，*近的(全新世和更新世)海洋沉積物中白云石的含量相對(duì)較少，盡管在從深海到潮上的許多現(xiàn)代環(huán)境中都觀察到少量白云石的存在。其次，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下低溫合成白云石一直是難以實(shí)現(xiàn)的，特別是與普通海洋碳酸鈣礦物(文石和方解石)的容易合成相比。由于低溫固態(tài)擴(kuò)散可以作為Mg摻入碳酸鈣的一種方法(因?yàn)樗臅r(shí)間尺度太長(zhǎng)而不重要)，因此白云石取代CaCO3是一種溶解后沉淀的方法。因此，在白云石取代石灰石的過(guò)程中，一個(gè)經(jīng)常被忽視但又必須考慮的因素是，在取代過(guò)程中，原始碳酸鈣礦物的飽和度不足。這種情況可能是由相對(duì)于文石和方解石溶解-沉淀反應(yīng)的白云石快速生長(zhǎng)引起的，但實(shí)驗(yàn)室研究、現(xiàn)代系統(tǒng)分析和對(duì)古代沉積物的觀察都指出這種可能性是不常見的，因?yàn)榘自剖纳L(zhǎng)在低溫下受到動(dòng)力學(xué)抑制。白云石結(jié)晶力的壓力解是CaCO3欠飽和的第二個(gè)可能驅(qū)動(dòng)因素，但*可能通過(guò)埋藏獲得圍壓應(yīng)力。然而，根據(jù)巖石學(xué)觀察，大量的古代白云巖在埋藏前取代了石灰?guī)r(同沉積白云巖)，許多這樣的平臺(tái)沒有任何明顯的埋藏。由于這些由白云石沉淀和晶體生長(zhǎng)引起的欠飽和的可能性可以在很大程度上被低估，“白云化”所需要的欠飽和很可能是外部強(qiáng)迫的。在現(xiàn)代自然系統(tǒng)中，由于有機(jī)物的分解，海洋孔隙水中CaCO3的欠飽和和選擇性溶解非常普遍，即使在溫暖的水環(huán)境中也是如此。這種溶解經(jīng)常出現(xiàn)，在不同程度上，沉淀的動(dòng)力學(xué)較少，但熱力學(xué)更穩(wěn)定的相CaCO3。實(shí)驗(yàn)室研究和現(xiàn)代系統(tǒng)的觀察表明，當(dāng)所有常見的海洋CaCO3相達(dá)到欠飽和時(shí)，白云巖就會(huì)承擔(dān)這種動(dòng)力不太有利的沉淀的作用。這種程度的欠飽和在暖水環(huán)境下的現(xiàn)代淺海孔隙系統(tǒng)中并不常見，但在大氣二氧化碳升高和海洋酸化時(shí)期更為常見。此外，由于有機(jī)質(zhì)的氧化作用推動(dòng)白云石的形成，近地表富含有機(jī)質(zhì)的沉積物(如微生物墊群落的遺跡)相對(duì)于含有較少有機(jī)質(zhì)的同時(shí)期沉積物，更容易在古代酸化的海洋中發(fā)生白云石的置換。這些觀察結(jié)果有助于對(duì)白云石的豐度和出現(xiàn)時(shí)間作出更協(xié)調(diào)的解釋。