方解石、文石表面异相成核生长的差异性

摘要

碳酸钙占地壳组成的4％,在全球碳循环、古气候重建、海洋酸化及生物矿化中至关重要.现已发现的三种无水碳酸钙同质多象体为方解石、文石和球霰石.方解石和文石的形成过程是全球碳循环等重要地球化学过程的关键环节.采用液相原子力显微镜(in-situ AFM)、场发射扫描电镜(SEM)等方法，研究了方解石(104)和文石(110)晶面在饱和碳酸钙溶液中的生长特征，旨在查明自然界广泛存在的两种碳酸钙同质多象矿物表面异相成核生长特征的异同。在饱和指数(Sn 0.50一2.09范围的实验结果表明，(1)方解石(104)面仅能生长出方解石，而文石(110)面生长出少量阵列排列的菱面体状方解石和大量的板柱状文石;(2)方解石(104)面主要为螺旋生长方式，而文石(110)面主要以颗粒定向附着方式生长为板柱状。该研究结果阐明了碳酸钙同质多象矿物晶体生长的结构决定反应性“构一效”关系，可为地质历史时期中方解石海与文石海的交替出现的成因解释提供重要的晶体生长证据。