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无定形碳酸盐转换机制研究获进展

发布时间:2020-03-15 浏览次数:146

近日,国际地球化学一流学术刊物Geochimica et Cosmochimica Acta》在线刊发了以Transformation of amorphous precursor to crystalline carbonate: insights from Mg isotopes in the dolomite-analogue mineral norsethite [BaMg(CO3)2]” 为题的南京大学地球科学与工程学院李伟强教授课题组关于无形碳酸盐转换机制的最新研究成果,确定了溶解再沉淀机制是控制无定形物向结晶态碳酸盐矿物转换的基本机制,对于理解自然界碳酸盐矿物的形成,应用其同位素地球化指标示踪相关地质过程具有重要意义。



碳酸盐矿物是自然界广泛存在的一类重要矿物,其微量元素特征和COSrCa以及Mg等同位素组成特征蕴含了重要的沉积环境以及古气候等相关信息。已有研究表明,碳酸盐矿物可由一种富水,亚稳态的无定形前驱物转换而来。而目前共有两种机制来解释此转换过程,分别为固态转换机制和溶解再沉淀机制,这两种不同的转换机制会导致最后形成的碳酸盐矿物蕴含截然不同的地球化学信息。因此,确定无定形物向结晶态碳酸盐矿物的转换机制对更好的把地球化学手段应用于地质记录中的碳酸盐岩研究是十分重要的。

针对这个问题,本次研究以钡白云石(BaMg(CO3)2)为研究对象,设计了无定形的钡镁碳酸盐在含有25Mg稀释剂的镁溶液中向结晶态的钡白云石转换的实验,并精确测定了此过程中固液两相的δ26Mgδ25Mg值的变化。实验的初始Δ26Mgsolid-aq=-0.73‰Δ25Mgsolid-aq=-84.93‰,在实验进行中,Δ26Mgsolid-aq减小,Δ25Mgsolid-aq增大。值得注意的是,重结晶实验获得的固相的δ25Mg值逐渐超过液相的δ25Mg,这意味着产生了一个正的Δ25Mgsolid-aq,而同时Δ26Mgsolid-aq是负值。这种现象是不符合传统“三同位素法”的,同时也表明了Mg同位素在由无定形碳酸盐转换成结晶态的过程中会有表观的非质量相关分馏行为。基于实验数据和目前存在无定形物向碳酸盐矿物转换的机制,我们提出了两种模型,其中一种是扩散固态转换模型,另外一种是溶解再沉淀模型。我们分别对这两种模型进行了数学模拟,最后发现,溶解再沉淀模型能较好解释实验数据,这表明,碳酸盐从无定形态转换成结晶态的过程是受到溶解再沉淀机制控制的。

博士研究生刘传为论文第一作者,李伟强教授为论文通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金(No. 41473002,No. 41622301)的资助。