溫酸化海水:白云石溶液

　　“白云石問題”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于文石和方解石溶解-沉淀反應(yīng)的白云石快速生長引起的，但實(shí)驗(yàn)室研究、現(xiàn)代系統(tǒng)分析和對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在低溫下受到動力學(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)動因素，但*可能通過埋藏獲得圍壓應(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)，許多這樣的平臺沒有任何明顯的埋藏。由于這些由白云石沉淀和晶體生長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)，白云巖就會承擔(dān)這種動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)果有助于對白云石的豐度和出現(xiàn)時(shí)間作出更協(xié)調(diào)的解釋。