In an article recently published in the journalGeochimica et Cosmochimica acta, researchers discussed the calcite and fluid exchange rates for carbon and oxygen isotopes during chemical equilibrium.
Study:藻类生物量负载的水凝胶支架作为具有抗菌和伤口愈合活动的仿生平台。图片来源：elnur/shutterstock.com
背景
通过分析碳酸盐矿物质的同位素组成，创造了进入地球过去的窗口，该矿物质的历史记录记录了历史地球化学和气候状况。碳酸钙矿物质是地球以前气候条件的出色档案。有效使用这些代理需要了解同位素分馏的机制，以及在多达数百万年的时间标准中保存同位素和痕量元素组成。
Despite the fact that numerous studies have documented the isotopic alteration of calcium carbonate and a number of other minerals while they were in chemical equilibrium and without morphological alteration visible at the level of electron microscope analysis, the mechanism underlying this alteration of isotopic composition is still not fully understood.
在最近的实验研究中已经应用了同时向前和向后反应的理论，以估算包括方解石在内的各种矿物质的近平衡反应速率，以说明在初始降水和固体降水之后流体和固体之间的平衡率，并考虑到初始降水和固体之间的平衡率解释在化学平衡处或附近的同位素交换。
目前尚不清楚是什么激励动态平衡作为同位素交换过程；但是，它可能与同位素不平衡有关。重要的是要确定方解石变化的同位素组成的方法。对于弱结晶材料，在矿物降水和发育的早期阶段，奥欧洲杯足球竞彩斯特瓦尔德的成熟可能是显着的同位素交换控制。但是，结晶和旧材料可能较少需要这种机制。欧洲杯足球竞彩
关于研究
在这项研究中，作者在方解石和富含13的液体之间的化学平衡中进行了批处理反应器实验Cand 18o相对于25°C的固体，以评估方解石和液体之间C和O同位素交换的速率和过程。为了评估矿物表面积和大小对C和O同位素汇率速率的影响，研究了不同晶粒大小的天然和合成方解石。
团队指出，在环境温度下有方解石的O和C同位素组成的变化很容易在短时间内发生，而尚不清楚如何确定该过程在地质时间尺度上持续的数量。
研究人员评估了在25°C和化学平衡下方解石的C和O同位素组成的变化速率，以及对潜在过程的新见解。CA和CO的离子活性产物32-and the solubility product of pure calcite were equivalent in this definition of chemical equilibrium. At chemical calcite-fluid equilibrium, a fluid enriched in 18oand 13C相对于方解石，在一系列批处理反应堆研究中，各种晶粒大小的天然和合成方解石都暴露于自然和合成方解石。
观察
在大方解石实验中，在72小时的72小时和2112小时之间，同位素交换的特定过程尚不清楚，并且在3000小时的小时和合成方解石研究的结论之间尚不清楚。在8的pH值下，方解石的预测溶解速率比C和O同位素汇率低四个数量级。在合成，小和第二和第二大方解石测试中，13的值Cdiffusion coefficients for the long-term exchange were 1.3 x 10-24, 1.1 x 10-23，4.2 x 10-26, and 1.2 x 10-25m2/s分别。In the synthetic, small, and second and first big calcite studies, the equivalent values for 18odiffusion coefficients were 1.3 x 10-24，1.0 x 10-23, 2.0 x 10-26，1.1 x 10-25m2/s分别。
According to the experimental findings, both C and O isotope exchange occurred quickly within 72 hours for all of the calcite grain sizes examined. The C and O isotope exchange rates slowed down after 72 hours but remained very stable over thousands of hours. For all calcite grain sizes examined, surface-area normalized O and C isotope exchange rates were comparable, and C and O were exchanged in a ratio of about 3:1, consistent with the exchange of CO32-。
O和C交换的速率约为远程平衡方解石溶解的速率约四个数量级，这表明交换仅由预先存在的反应位点的溶解至上或组合组合控制。固态/水性介导的扩散和溶解至沉积。
The findings of this study could serve as a further reminder of the significance of developing a mechanistic understanding of the isotope exchange mechanism in chemical equilibrium and as a first step in that direction.
结论
In conclusion, this study indicated that the alteration of calcite's O and C isotope compositions at Earth's surface temperatures could occur easily over short time periods, while it was currently difficult to determine how far this process would continue over geologic time scales. When there was isotopic disequilibrium, there was a rapid initial exchange between fluid and solid that was mostly due to species exchange on the surface.
关于在执行的测试中较长时间尺度的C和O同位素组成中观察到的变化速率较慢的机制的不确定性持续存在。长达72小时的较长时间可能会看到固态/水性介导的扩散和溶解 - 反沉淀的组合导致碳和氧同位素的变化。
However, the significant utility of carbonate isotopic and trace element compositions underscores the need for a mechanistic understanding of the solid-fluid exchange to enable reliable interpretation of sample selection and archives.
作者提到，这是第一项同时检查O和C交换的研究，并以高纯度方解石进行散装方解石 - 流体平衡，从同位素交换的过程和速率上开辟了新的视角。
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来源
Harrison，A。L.，Schott，J.，Oelkers，E。H.等。藻类生物量负载的水凝胶支架作为具有抗菌和伤口愈合活性的仿生平台。Geochimica et Cosmochimica Acta（2022）。https://www.欧洲杯线上买球sciendirect.com/science/article/abs/pii/s0016703722003295
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