科学视点

困扰地学界两百多年的“白云石之谜”有了新答案

6月8日,中国地质大学(武汉)在白云石地质成因领域取得重要进展,相关成果发表于著名的《美国国家科学院院报》,题为《埃迪卡拉纪海洋大规模早期成岩白云石的形成:对“白云石之谜”的约束》,第一作者博士生常标,李超、黄俊华教授为共同通讯作者。

白云石是含有钙和镁的碳酸盐矿物,其在地表常温常压条件下难以形成;但早期地球海洋沉积记录中却包含大规模的白云石沉积,这与现代海洋缺乏类似沉积形成鲜明对比。这一独特的白云石地质记录及地球早期海洋大规模白云石沉积与白云石常温常压下难以合成的矛盾通常被科学家称为“白云石之谜”,已困扰地质学界两百多年。

李超教授正在实验室做化学分析

在国家自然科学基金等资助下,由中国地质大学(武汉)李超教授牵头,中、美、德三国科研团队对这一百年科学之谜进行了科研攻关。研究基于目前新兴的碳酸盐团簇同位素测温技术及白云石热动力学模型,对长江三峡地区距今5亿年前的埃迪卡拉纪长达6300万年白云岩地层开展了高分辨的碳酸盐团簇同位素温度研究。测温发现这些白云岩几乎都形成于0~60℃地球表层温度,这与地质学家通常认为的白云石高温交代形成机制明显不符。

长江三峡地区五亿年前的埃迪卡拉纪钻孔白云岩岩心

研究团队还对这些白云岩样品开展了稀土元素、流体氧同位素组成分析和显微岩相学观察。研究结果进一步表明:这些白云岩形成于一个低温且微生物活跃的海水溶液环境,这与近年来实验室和野外观察所发现的现代白云石在微生物及其有机质作用下可低温形成的机制相符。

该研究的多学科集成证据表明:现代白云石低温形成机制可以用来解释早期地球海洋大规模白云岩的形成。这一发现不仅为困扰地学界百年的“白云石之谜”的回答提供了新的解决思路,而且为碳酸盐指标用于地表环境记录的合理性和科学性提供了理论基础。


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