室温条件下琥珀酸对白云石形成的催化作用

摘要

白云石[CaMg(CO3)2]的成因机制一直是沉积地质学领域中争论持久且最难解决的问题之一,也被称之为"白云石问题".作为一种在地质历史记录中常见的碳酸钙镁矿物,白云石在低于80℃的现代沉积环境中却异常罕见,即使在相对其过饱和的现代海洋中也鲜有白云石沉积的报道."白云石问题"的存在对"将今论古"原理是一个极大挑战,因而吸引了众多地质学家的关注并尝试对其进行解答.近年来，研究人员们逐渐意识到胞外聚合物中羧基官能团的多寡是调控白云石结晶的关键因子。这一现象主要归因于羧基官能团能螯合溶液中的镁离子，削弱镁离子与水分子的水合作用，进而提高溶液中镁离子的活度，有利其进入矿物晶格中最终导致白云石的生成。除大分子胞外聚合物外，微生物在其代谢过程中也会向胞外释放大量低分子量有机酸。这些广泛分布于沉积环境中的小分子有机酸在白云石生成中的作用是此工作的重点。实验结果表明，含琥珀酸体系中均有富镁方解石或白云石生成，而空白体系中仅含文石。琥珀酸体系中矿物中镁含量的增加线性响应琥珀酸浓度的升高。扫描电镜结果显示，白云石覆盖于方解石表面或紧邻区域，单个白云石颗粒呈亚微米级球形且其粒径随琥珀酸的浓度增加而明显增大。实验中生成的白云石的形貌特征与前人报道的微生物成因白云石十分相似。以上工作表明，琥珀酸能在室温条件下催化白云石形成。这一研究工作进一步证实了羧基官能团诱导白云石生成机制，同时对“白云石问题”的深入研究具有促进意义。