您可能認(rèn)為碳是地球上主要存在于生物（即有機(jī)物）中或作為二氧化碳存在于大氣中的元素。當(dāng)然，這兩個地球化學(xué)儲層都很重要，但是大多數(shù)碳都被鎖定在碳酸鹽礦物中。這些以碳酸鈣為，碳酸鈣采用兩種礦物形式，分別稱為方解石和文石。

       巖石中的碳酸鈣礦物

       文石和方解石巖石具有相同的化學(xué)式CaCO 3，但它們的原子以不同的構(gòu)型堆疊。也就是說，它們是多態(tài)。（另一個例子是藍(lán)晶石，紅柱石和硅線石。）文石具有斜方晶結(jié)構(gòu)，方解石具有三角結(jié)構(gòu)。我們的碳酸鹽礦物畫廊從獵犬的角度介紹了這兩種礦物的基礎(chǔ)知識：如何識別它們，在何處發(fā)現(xiàn)它們以及它們的某些特殊性。

       方解石通常比文石更穩(wěn)定，盡管隨著溫度和壓力的變化，兩種礦物中的一種可能會轉(zhuǎn)化為另一種。在地表?xiàng)l件下，文石在地質(zhì)時間內(nèi)會自發(fā)變成方解石，但在較高的壓力下，兩者的密度較高的文石是優(yōu)選的結(jié)構(gòu)。方解石有利于高溫。在表面壓力下，文石不能長時間承受約400°C以上的溫度。

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       Blueschist變質(zhì)相 的高壓，低溫巖石通常包含文石脈而不是方解石脈。轉(zhuǎn)變?yōu)榉浇馐倪^程非常緩慢，以至于文石可以像金剛石一樣保持亞穩(wěn)態(tài)。

       有時，一種礦物的晶體會轉(zhuǎn)換為另一種礦物，同時保留其原始形狀為假晶形：它看起來像典型的方解石旋鈕或文石針，但巖相顯微鏡顯示了其真實(shí)本性。對于大多數(shù)目的，許多地質(zhì)學(xué)家不需要知道正確的多晶型物，而只是談?wù)摗疤妓猁}”。大多數(shù)時候，巖石中的碳酸鹽是方解石。

       水中碳酸鈣礦物質(zhì)

       當(dāng)要了解哪種多晶型物會從溶液中結(jié)晶出來時，碳酸鈣的化學(xué)反應(yīng)更為復(fù)雜。此過程在自然界中很常見，因?yàn)閮煞N礦物都不是高度可溶的，并且水中溶解的二氧化碳（CO 2）的存在會促使它們沉淀。在水中，CO 2與碳酸氫根離子HCO 3 +和碳酸H 2 CO 3保持平衡，它們都是高度可溶的。改變CO 2的含量會影響其他化合物的含量，但是CaCO 3在這個化學(xué)鏈的中間，除了沉淀為無法快速溶解并返回水中的礦物質(zhì)外，別無選擇。這一單向過程是地質(zhì)碳循環(huán)的主要驅(qū)動力。

       鈣離子（Ca 2+）和碳酸根離子（CO 3 2–）加入CaCO 3時會選擇哪種排列方式取決于水中的條件。在清潔的淡水中（在實(shí)驗(yàn)室中），方解石占主導(dǎo)，尤其是在冷水中。洞穴巖層通常為方解石。許多石灰石和其他沉積巖中的礦物水泥通常為方解石。

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       海洋是地質(zhì)記錄中重要的棲息地，碳酸鈣礦化是海洋生物和海洋地球化學(xué)的重要組成部分。碳酸鈣直接從溶液中析出，在稱為卵石的微小圓形顆粒上形成礦物質(zhì)層，并形成海底泥漿的水泥。哪種礦物結(jié)晶，方解石或文石巖石取決于水的化學(xué)性質(zhì)。

       海水中充滿了與鈣和碳酸鹽競爭的離子。鎂（Mg 2+）附著在方解石結(jié)構(gòu)上，減慢了方解石的生長并迫使其進(jìn)入方解石的分子結(jié)構(gòu)，但它不會干擾文石。硫酸根離子（SO 4 - ）也抑制方解石增長。溫水和大量溶解的碳酸鹽通過促進(jìn)文石比方解石生長更快而對文石有利。

       方解石和文石海

       這些東西對用碳酸鈣建造外殼和結(jié)構(gòu)的生物至關(guān)重要。貝類（包括雙殼類和腕足類）是常見的例子。它們的殼不是純礦物，而是與蛋白質(zhì)結(jié)合在一起的微觀碳酸鹽晶體的復(fù)雜混合物。被歸類為浮游生物的單細(xì)胞動植物以相同的方式制造或測試外殼。另一個重要因素似乎是藻類可通過確保自己隨時提供CO 2來幫助進(jìn)行光合作用而從制造碳酸鹽中受益。

       所有這些生物都使用酶來構(gòu)造自己喜歡的礦物質(zhì)。文石可以生成針狀晶體，而方解石則可以生成塊狀晶體，但是許多物種都可以使用其中一種。許多軟體動物殼的內(nèi)部使用文石，而外部使用方解石。無論他們做什么使用能源，而且當(dāng)海洋條件偏愛一種碳酸鹽或另一種碳酸鹽時，殼的建造過程都需要額外的能量來對抗純化學(xué)的指示。

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       這意味著改變湖泊或海洋的化學(xué)性質(zhì)會損害某些物種，并會損害其他物種。在地質(zhì)時期，海洋在“文石?！焙汀胺浇馐！敝g轉(zhuǎn)移。今天，我們處在鎂含量高的文石海中，這有利于鎂含量高的文石和方解石的沉淀。方解石巖石海中鎂含量較低，偏愛低鎂方解石。

       秘密在于新鮮的海底玄武巖，其礦物質(zhì)與海水中的鎂發(fā)生反應(yīng)，并將其拉出循環(huán)。當(dāng)板塊構(gòu)造活動劇烈時，我們得到方解石海。當(dāng)它變慢并且傳播區(qū)域變短時，我們就會得到文石海。當(dāng)然，還有更多的東西。重要的是存在兩種不同的機(jī)制，并且當(dāng)海水中鎂的含量是鈣的兩倍時，兩者之間的界線大致相同。

       自大約4000萬年前（40 Ma）以來，地球就擁有一個文石海。上一個近的文石海時期是在密西西比晚期到侏羅紀(jì)早期（大約330至180 Ma）之間，下一個倒退的時間是新的前寒武紀(jì)，在550 Ma之前。在這兩個時期之間，地球有方解石海。更多的文石和方解石巖石時期被映射到更遠(yuǎn)的時間。

       人們認(rèn)為，隨著地質(zhì)時間的推移，這些大范圍的格局改變了在海洋中筑礁的生物的混合。了解碳酸鹽礦化及其對海洋化學(xué)反應(yīng)的知識也很重要，因?yàn)槲覀冊噲D弄清楚海洋將如何應(yīng)對人為引起的大氣和氣候變化。