醇羥基對碳酸鈣礦物成核物相及界面能影響研究

楊 陽，朱 辰，王洪濤，花 浩，江銳捷，毛 瑋，趙 良*

1.南京大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，南京 210023；2.南京大學(xué) 地理與海洋科學(xué)學(xué)院，南京 210023

1 研究背景

碳酸鈣礦物是碳元素的重要地質(zhì)儲庫之一（Berner et al.,1983; Berner, 2003），具有三種常見的無水形式同質(zhì)異象體：方解石、文石和球文石。方解石是地質(zhì)歷史記錄中最常見的碳酸鈣礦物，常溫常壓下熱力學(xué)最穩(wěn)定。其中生物成因方解石包含了豐富的地球化學(xué)信息（Mann, 1983），特別是有孔蟲方解石骨骼保存的元素、同位素信息可用于古氣候、古海洋等古環(huán)境重建研究（Elderfield and Ganssen, 2000）。文石相比方解石不穩(wěn)定，在成巖作用中轉(zhuǎn)變?yōu)榉浇馐˙udd, 1988），但文石是現(xiàn)代殼類動物殼體常見的碳酸鈣礦物相（Falini et al., 1996）。球文石最不穩(wěn)定(Lippmann, 2012)，但與生物作用緊密相關(guān)，已在活的有孔蟲殼體（Jacob et al., 2017），含細(xì)菌土壤（Rodriguez-Navarro et al., 2007; Lian et al., 2006）， 蛋 殼（Board and Perrott, 1979; Portugal et al., 2017），珍珠(Soldati et al., 2008; Addadi et al., 2006; Gauldie et al., 1997), 魚耳石（Campana, 1999; Carlstr?m, 1963），海鞘骨針（Kabalah-Amitai et al., 2013; Lowenstam et al.,1975），動物尿結(jié)石（Neumann et al., 1994; Mair and Osborn., 1986），人腎結(jié)石（Sutor and Wooley,1968; Bills and Lewis, 1975），心臟瓣膜（Kabalah-Amitai et al., 2013），甚至植物（Wightman et al.,2018）中被發(fā)現(xiàn)，然而針對活體有孔蟲（Jacob et al., 2017）、蝸牛（Hasse et al., 2000）、蚌類 （Spann et al., 2010） 的研究發(fā)現(xiàn)，球文石極有可能先與方解石或文石出現(xiàn)，作為前驅(qū)體參與骨骼形成。

已有研究表明，碳酸鈣物相控制因素復(fù)雜，溫度（Ogino et al., 1987），過飽和度（Spanos et al.,1998），無機(jī)物（Morse et al., 1997），有機(jī)物（Jimoh et al., 2018）等都會影響形成的最終物相。生物是通過何種機(jī)制控制碳酸鈣物相尚不清楚。有研究者認(rèn)為生物體中的多糖有機(jī)質(zhì)可通過改變其表面電荷或結(jié)構(gòu)，從而控制溶液和碳酸鈣物相的界面能，進(jìn)而控制生物成礦過程（Giuffre et al., 2013）；也有研究者認(rèn)為生物體富含的蛋白質(zhì)通過羧化氨基酸獲得帶負(fù)電位點(diǎn)，從而與Ca2+結(jié)合控制碳酸鈣的形成（Weiner et al., 1975）；亦或是通過囊泡包裹并穩(wěn)定化亞穩(wěn)定相（比如無定形碳酸鈣）物質(zhì)再形成更穩(wěn)定的碳酸鈣物相（Mass et al., 2017）。……