近日，地球科学领域Nature Index期刊《Earth and Planetary Science Letters》刊发了我校环境学院王红梅教授团队的研究成果——“Transformation of protodolomite to dolomite proceeds under dry-heating conditions”，该文通过室内模拟实验揭示了微生物成因原白云石在封闭成岩体系中的转化行为。论文第一作者为2019级硕士研究生郑威莉，通讯作者为刘邓副教授。

白云石（dolomite）是沉积岩中分布非常广泛的含镁碳酸钙矿物。令人困惑的是，白云石在现代海水中处于过饱和状态，但现今海洋沉积物中却鲜见其踪迹。上述古今矛盾被冠以“白云石问题”而被人熟知。地质学家围绕沉积岩中白云石的形成机理展开了两百余年的激烈争论，至今仍未平息。近三十年来，地质微生物学家提出了“微生物白云石模式”，为解答“白云石问题”开辟了新途径。该模式认为微生物代谢活动可以提高细胞外微环境中白云石的饱和度以及加速镁离子的去水合作用，进而催化白云石在地表温压条件下沉淀结晶。然而，近年来学者们逐渐认识到微生物只能促进原白云石（protodolomite）的生成，而不能沉淀白云石。尽管原白云石的化学组成与白云石接近，但其晶体结构中钙镁原子处于无序排布状态。因此，微生物成因的原白云石如何转变为白云石是“微生物白云石模式”的缺失环节。

针对这一科学问题，该团队从内蒙古自治区盐湖中分离出多株具备室温沉淀原白云石能力的细菌。多种矿物学表征手段共同显示微生物成因原白云石含有丰富的结构水，质量分数高达7 wt% 。这些结构水可能是不完全去水合化的镁离子进入碳酸盐晶格的产物。进一步的成岩模拟实验揭示结构水在原白云石相变反应中扮演重要角色，即使在无外源流体条件下（即封闭成岩环境）也可以促进原白云石向有序白云石转化。在封闭成岩反应中，白云石可以继承原白云石的初始形貌。以上研究也表明矿物结构水可能是成岩环境中备受忽视的内源流体成分。

图1   微生物成因原白云石和无机（原）白云石之间的差异

图2  微生物成因原白云石（a-c）及干热作用（200°C：d-f；300°C：g-i）后形貌对比

该研究得到国家自然科学基金（41772362 和 42072336）、中科院先导项目（XDB26000000）、教育部“111引智计划” （BP0820004）等项目联合资助。

论文信息：

Title: Transformation of protodolomite to dolomite proceeds under dry-heating conditions

Authors: Weili Zheng, Deng Liu*, Shanshan Yang, Qigao Fan, Dominic Papineau, Hongmei Wang, Xuan Qiu, Biao Chang, Zhenbing She

Source: Earth and Planetary Science Letters, DECEMBER 15, 2021

Available online：21 October 2021

DOI: 10.1016/j.epsl.2021.117249

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0012821X21005057