钙华洞穴的形成与保护

钙华洞穴是由钙华或钙华与碳酸盐岩共同形成的封闭或半封闭的空间。按成因,钙华洞穴可分为沉淀型(建造型)和岩溶型(改造型)两种类型。沉淀型钙华洞穴是钙化瀑布发育过程中的产物,是由于水量的分异和流态的变化造成不同位置上CaCO3 沉积量的差异而出现洞穴空间雏型并经进一步发展形成;岩溶型钙华洞穴则是钙华体在溶蚀过程中伴有不同程度的塌陷和再造所致。钙华洞穴小巧玲珑,景观精美奇特,具有较高的观赏性,但由于钙华洞穴的顶板较薄,使其具有较多的不稳定性。另外,洞内的次生碳酸钙形态极易被污染破坏。因此在开发利用时,应对钙华洞穴的稳定性进行科学评价,并加强洞穴生态环境的保护和监测工作。      

基于微岩相分析的藻类在钙华沉积中的作用研究——以四川黄龙为例

在地表环境下,钙华沉积常常是物理化学和生物沉积过程共同作用的结果。藻类因其在钙华沉积环境中具有较大的生物量及其自身拥有多样的代谢方式,对钙华沉积过程和形态具有重要影响。本研究以四川黄龙钙华为例,通过对典型沉积点的水化学、藻类群落组成和现代钙华微岩相结构进行综合分析,来揭示藻类在钙华沉积中的作用。研究发现,黄龙钙华沉积环境中分布的藻类主要包括蓝藻、绿藻和硅藻等。这些藻类代谢活动会在一定程度上改变沉积水体水化学环境,但在快速流动的水体中,其影响有限。不同藻类群落常常形成几百微米至1~2 mm厚的微生物席或生物膜层,作为碳酸钙沉积发生的重要场所,即钙华沉积活动层。在该活动层内,藻体及其分泌的胞外聚合物（EPS）能够为碳酸钙晶体生长提供大量成核位点和生长模板,从而极大地促进钙华沉积。同时,EPS可以控制或影响碳酸钙结晶形态及钙华微岩相结构。准确认识和量化藻类在钙华沉积中的作用还需要继续开展更多微观尺度方面的研究,以便更好地理解钙华沉积机制,并为准确解译古老钙华岩相结构和地球化学特征奠定基础,同时为预测钙华景观演化和保育提供更多科学依据。      

雪宝顶区块流域钙华形成的生物作用研究

钙华不仅具有重要的景观旅游价值,而且对确定区内碳酸盐沉积特征、环境演化规律及同期环境生物的作用与贡献有重要的研究意义。本文在对比国内外典型钙华特征的基础上,以黄龙和九寨沟为例,对雪宝顶区块流域内钙华的沉积特征、环境化学与生物作用进行阐述,指出了雪宝顶区块流域冷水型钙华的形成与演化是化学沉积-溶解作用、生物沉积与溶蚀作用等共同作用的结果,并受非生物、生物因素影响。在雪宝顶冷水型钙华的形成过程中,微生物协同参与了钙华的沉积与溶蚀过程,通过自身新陈代谢促活动促使使钙离子结晶,并诱导晶型变化;其他生物体如植物、藻类等或以间接的方式促进或加快了钙华形成,或为钙华生长提供模板和体量。      

低温环境下两种氨基酸对碳酸钙矿化影响的研究

黄龙景区高寒冷水型钙华沉积地貌环境中生存着大量的嗜冷微生物。为了探究这些微生物在低温及高浓度Ca~(2+)和HCO_3~-水环境中的代谢产物对钙华沉积的影响,本实验选取黄龙嗜冷细菌的两种特征代谢产物L-苯丙氨酸和L-半胱氨酸,通过模拟低温、含较高浓度的Ca~(2+)和HCO_3~-的实验环境,并利用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)等分析方法,来探讨氨基酸对矿化体系中碳酸钙沉积速率及其晶型和形貌的影响。实验结果表明:在特定模拟环境条件下,(1)L-苯丙氨酸和L-半胱氨酸均能促进碳酸钙的沉积。L-苯丙氨酸对晶型影响不大,产物均为方解石型碳酸钙,但是L-苯丙氨酸能抑制方解石晶面棱边的生长,使得晶体出现多面不规则的立方体形态;(2)L-半胱氨酸除诱导并促进方解石型碳酸钙的合成外还可以诱导文石型碳酸钙的合成。该结果可为黄龙地区钙华的生物成因研究提供一定的基础数据。     

黄龙嗜冷细菌胞外琥珀酸组分对碳酸钙矿化的影响

为探索黄龙钙华的生物成因,本研究以黄龙嗜冷细菌的胞外特征有机酸组分——琥珀酸为研究对象,通过模拟黄龙水体的低温沉积环境,利用X射线粉末衍射(XRD)和扫描电镜(SEM),考察了琥珀酸对钙化体系中的钙化动力学过程、碳酸钙晶型和形貌的影响。结果表明： ① 高浓度琥珀酸、低pH值,低温都会在一定程度上抑制碳酸钙沉积。② 高浓度琥珀酸可以诱导球霰石型碳酸钙的形成; ③ 高温促进了体系中碳酸钙微晶的聚合。综上可见,黄龙嗜冷细菌的胞外琥珀酸组分在一定程度上参与了碳酸钙的沉积过程,对晶体的晶型和形貌具有一定的调控作用。其结果可为黄龙钙华生物成因的探究提供理论基础。     

钙华非经典沉积的纳米生长过程与调控机制初探——以九寨沟—黄龙钙华形成为例

钙华是自然界重要的岩溶碳酸盐沉淀之一,其形成过程往往受到生命活动的影响,弄清钙华生物沉积作用有助于更好地理解钙华微岩相结构和地球化学特征的气候环境指示意义。本文以黄龙-九寨沟钙华形成为例,阐述黄龙-九寨沟现代钙华纳米结晶特征、纳米钙华的生长和集合体形态,分析模拟实验中生物有机质对钙华生长和形貌的调控原因,揭示了生物活动和代谢产物对纳米钙华成核、生长及钙华晶体形貌的调控两途径四阶段机制;为探究钙华成因、碳酸钙生长调控机制、钙华退化的因素及其保护和可持续利用钙华景观具有重要的科学价值。      

生物膜脂参与的非晶碳酸钙形成和稳定

非晶碳酸钙(amorphous calcium carbonate,ACC)是碳酸钙矿物体系中极不稳定的矿物相。但由海鞘类动物的研究表明,ACC可作为碳酸钙晶体矿物的前驱体在生物体内稳定存在,并且这些生物成因的ACC常常是由膜包裹着的。文中选用生物膜的主要成分卵磷脂(PC)为主要矿化调节剂,通过调控与碳酸钙矿化过程密切相关的无机离子Mg2+的浓度,模拟生物膜表面碳酸钙矿化作用过程。在空气/水界面处的膜脂调控下合成出可在溶液中稳定存在数天的非晶碳酸钙。该结果有力地证明了在生物矿化过程中,除了受生物体中可溶性有机大分子调控外,生物膜可能对ACC的形成和稳定也有显著的调控作用。     

温泉钙华沉积的影响因素

钙华是在泉水、河水、湖水、洞穴周围沉积的非海相碳酸钙沉积物。钙华是陆地水循环过程中物质迁移的一种表现形式,研究钙华的形成有助于了解局部水文循环中的物质迁移规律并间接了解古气候与古水文地质条件。部分温泉的泉口附近沉积有形态多样的钙华。本文综述温泉钙华的形成过程、钙华沉积的主要影响因素和它们之间的相互影响关系。水化学条件是钙华沉积的物质基础和必要条件,水动力条件是钙华沉积的充分条件,生物效应对钙华沉积起到加强的作用,沉积环境通过影响水化学条件或水动力条件间接控制钙华的沉积。     

生物矿化研究现状和展望

生物矿化过程是指在生物体中细胞的参与下,无机元素从环境中选择性地沉淀在特定的有机质上而形成的新矿物.生物矿化矿物的结晶严格受生物体分泌的有机基质的控制,是在有机基质膜板诱导下的晶体生长.生物体内有机基质指导矿物晶体的成核、生长和聚集,使得生物矿物具有特定的形貌、取向和组装方式,从而产生特殊的功能.生物矿化近年来受到化学、物理、生物以及材料学等多学科的关注.综述了生物矿化的类型、过程、机理及常用的研究方法和研究进展,并作了学科展望.     

世界自然遗产-四川黄龙钙华景观的形成与演化

本文对作者十余年来在四川黄龙(世界遗产地)的钙华研究成果和最新的一些监测发现进行了综述, 目的是为公众更好地了解黄龙、保护黄龙提供科学基础。主要结果和结论是: (1)黄龙钙华的形成是由于地球深部高分压的CO2在碳酸盐岩补给区产生富含碳酸氢钙的地下水, 当其以泉的形式出露地表时, 由于泉水的CO2分压远远高于空气, 泉水中的CO2大量逸出, 结果导致碳酸钙过饱和而发生沉积; (2)黄龙钙华的颜色以黄色为主色调, 主要是在雨季因雨水冲刷土壤向水中混入泥沙的缘故; 而在旱季, 钙华主要形成于清亮干净的泉水, 因此, 钙华的颜色呈现出纯净碳酸钙沉积的本色-白色。这也是黄龙洞钙华剖面年层中出现黄-白相间亚层的原因; (3)高精度的铀-钍同位素测年表明, 黄龙钙华主体是全新世以来形成的; (4)地表水向地下河的漏失是黄龙地表水日益减少, 导致钙华体表面干涸, 从而气生蓝藻大量滋生, 致使某些钙华变黑的主要原因, 因此, 有必要尽早采取防渗补水措施; (5)旅游活动已对黄龙钙华景观产生影响, 包括上游人为践踏使下游钙华池淤塞, 以及磷酸盐污染使硅藻等过度繁殖和钙华沉积速率可能降低等, 因此, 必须尽早采取相应防控措施。     

黄龙嗜冷细菌两种胞外单糖对碳酸钙矿化影响

为了探究黄龙水体中嗜冷细菌的胞外代谢产物对钙华沉积速率及沉积产物的影响,本文从黄龙钙华水体中分离到优势土著嗜冷细菌,并以其标志性胞外代谢产物D-葡萄糖和D-核糖作为研究对象,研究了两种单糖组分在低温环境下对钙华沉积的影响,并通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、红外吸收光谱(FT-IR)等分析手段对碳酸钙晶型、形貌以及结构组成进行了表征。实验表明:D-葡萄糖在低温条件下能促进方解石型碳酸钙的沉积,并加快沉积速率。低浓度下(20 mg/L和40 mg/L)的沉积产物均为方解石型碳酸钙并对其形貌有一定的影响;高浓度下(80 mg/L和160 mg/L)能诱导少量的文石型碳酸钙的合成。D-核糖在低温条件下能促进碳酸钙的沉积,加快沉积速率。与D-葡萄糖不同,D-核糖仅能合成方解石型碳酸钙,但对方解石晶面的生长表现为抑制作用,且随浓度增大抑制作用益明显。此结果可为黄龙钙华生物成因的探究提供一定的理论研究基础。     

西藏扎布耶盐湖钙华岛钙华的地质地球化学特征及意义

扎布耶盐湖属世界独一无二的天然产碳酸锂的盐湖,并富含Cs。该湖钙华岛的钙华自东而西呈高出湖面25～30m、15～25m和0～15m的3套产出。钙华的构造类型有层状构造、蜂窝状构造、鲕粒状构造、块状构造等,结构类型有粒状结构、针状结构、包裹状结构、溶蚀结构、生物结构等。钙华的矿物主要有文石和方解石2种。钙华的CaO为49.49%～51.16%。钙华的稀土元素配分模式均为重稀土元素富集型。3套钙华Cs的平均值为4.54μg/g→6.68μg/g→5.34μg/g,Li的平均值为109.9μg/g→116.5μg/g→136.9μg/g。扎布耶盐湖的Cs、Li等组分的源区是深部的重熔岩浆,泉水为携带成矿物质的载体。其中所含的Cs、Li等元素一部分保存在钙华中,另一部分随泉水汇入盐湖中,盐湖的持续蒸发使湖水中的稀碱金属元素含量增高。     

钙华生物沉积作用研究进展与展望

弄清钙华生物沉积作用有助于更好地理解钙华微岩相结构和地球化学特征的气候环境指示意义。总结和综述了与钙华沉积相关的生物群落、生物成因钙华微岩相结构、钙华生物沉积作用过程及其对钙华地球化学特征影响的研究进展,并展望了未来的研究重点。细菌、藻类和苔藓等广泛参与到钙华沉积中,形成了许多不同类型的孔隙结构、晶体结构和纹层结构。生物沉积过程主要包括:①生物生长扰动水流使得CO2逸出;②代谢作用(如光合作用)过程诱导碳酸钙沉积;③"表面控制"过程影响晶体成核及生长。生物沉积作用驱动了元素的迁移转化,对沉积水体和钙华地球化学特征具有重要影响。钙华在地球生物学研究中具有重要潜力,未来需要加强现代钙华沉积中的物理化学和生物过程相互作用机制及其各自贡献的量化研究,以便准确地解译钙华沉积记录。     

黄龙钙华有机碳测定方法的对比研究

中国四川黄龙钙华不仅具有重要的旅游价值,其有机碳含量对确定区内钙华沉积规律和环境生物的作用与贡献也具有重要意义。钙华有机碳测定的前提是有效去除无机碳,较好保留有机组分并测定,才能够准确地为生物参与钙华沉积提供依据。本文采用酸溶法、消解法、容量法对钙华有机碳含量进行了测定,结果表明:酸溶法会改变有机碳在钙华中所占质量分数,测试结果偏高,并且相对标准偏差(RSD)为23.73%~30.95%,精度较差;消解法对黑色、黄色两种钙华有机碳的测试较为准确,但对白色钙华的测试精度不够理想;容量法测试结果的RSD为3.27%~11.11%,在测定时受钙华组分中干扰物质和外界因素影响。通过横向对比这3种方法的优缺点和测试误差来源,认为消解法适用于钙华有机碳测定。     

西藏加查象牙泉水文地球化学特征及成因

象牙泉地处青藏高原高寒地区,因其钙华沉积酷似“象牙”而闻名。开展象牙泉形成机理的研究,有助于钙华景观的地质环境保护,对雅鲁藏布江构造带古环境演化、新构造活动的研究具有重要意义。文章以象牙源泉及其钙华沉积为研究对象,通过钙华成分、泉水水化学组分、氢氧同位素及相关性分析,探讨了象牙泉及钙华景观的形成机制,估算了钙华形成年代,讨论了钙华景观演化趋势。结果表明:象牙泉出露高程3 208 m,温度16.1 ℃,pH值6.06～6.64,溶解性总固体1 521.1～1 524.2 mg/L,为中偏弱酸性微咸水;阳离子以钠和钙为主,阴离子以碳酸氢根和氯离子为主,水化学类型为重碳酸钙型水;象牙泉具有较高的氯、钠及稍高的溶解性总固体特征,其氢氧同位素分布于全球大气降水方程线附近,说明象牙泉主要为大气降水补给,具有较长的径流途径和缓慢的循环速度,水岩作用强烈。象牙泉为溶解沉淀型,其化学组分来源于水岩相互作用过程碳酸盐岩矿物、硅酸盐岩矿物的溶解。象牙泉钙华沉积的化学成分主要为碳酸钙,占63.07%;次要成分为二氧化硅,占10.19%;属钙华为主、硅华次之的常温泉类钙华。钙均衡估算表明,象牙泉钙华形成于1.38万年前,其沉积速率约为0.27 mm/a。     

A quantitative weathering classification system for yellow travertines

Weathering can cause adverse effects on the physico-mechanical properties of rocks. Although the processes and outcomes of weathering have been investigated for many rock types, the travertine weathering was not paid enough attention as much as the others. However, the unfavorable effects of weathering may arise rapidly due to travertine’s calcium carbonate composition and highly porous texture. Travertine is an important rock type in building stone market and is generally preferred as an exterior façade material. This rock type was also used in many historical buildings and sculptures in the past, and the signs of extensive weathering can be recognized on some of these travertine-made structures. In this study, it was aimed to characterize the effect of weathering on travertine’s structural properties. The yellow travertine from Eskipazar (Karabuk, Turkey) was selected as the study material and the samples with different weathering degrees were collected from site. The chemical, physical and mechanical properties of those samples were determined in laboratory. The physico-mechanical variations with progressive weathering grades were statistically evaluated and a weathering classification based on a rating system was proposed for yellow travertine in rock material scale. The newly developed system may assist in characterizing the degree of weathering for historical structures built by yellow travertine. Additionally, the classification may also guide to further researches on the weathering of different types of travertine.