石盐中的“精灵”

作者: 李俊

来源: 中国科学院青海盐湖研究所

发布日期: 2019-01-11 07:30:00

石盐流体包裹体是成岩成矿流体在矿物结晶生长过程中被包裹在矿物晶格缺陷或穴窝中的物质,通过对这些包裹体的研究,可以了解盐矿的形成过程与条件,揭示古气候信息,以及发现嗜盐菌在工业和科技中的潜在应用。

矿物包裹体,是指成岩成矿流体在矿物结晶生长过程中,被包裹在矿物晶格缺陷或穴窝中的、至今尚在主矿物中封存并与主矿物有着相的界限的那一部分物质。矿物中基本都含有包裹体,但以下十种矿物为最常见流体包裹体的矿物(按包裹体出现的多少为序):石英、萤石、石盐、方解石、石榴子石、磷灰石、白云石、重晶石、黄玉和闪锌矿。今天,我们就来介绍这个排行榜中的老三——石盐中的包裹体。

石盐流体包裹体到底长什么样?先来一睹芳容。下图是在200倍显微镜下拍摄到的石盐流体包裹体。这些包裹体大多都只有10-20μṃ,肉眼是绝对看不到的。图1中流体包裹体均为单一液相包裹体,也就是包裹体中没有黑色的东西。图2则为气液两相包裹体,即包裹体中含有黑色的气泡。在石盐流体包裹体的研究中,单一液相和气液两相包裹体有其各自的研究意义。

地质学家们把流体包裹体比作“埋藏的文物”,通过对地质现象和岩石样品进行研究,来重现地球过去的历史。石盐流体包裹体,正是这些“埋藏的文物”中的一份子。研究矿物的包裹体可以了解这类矿床的形成过程和条件,为人们寻找这类矿床提供帮助。而研究石盐流体包裹体,可以了解盐矿的形成过程与条件。

从石盐流体包裹体中,我们还可以了解到很多古气候信息。石盐流体包裹体的两个研究指标——温度与成分,都可以用于气候环境的研究。单一液相石盐流体包裹体可以揭示古环境温度信息,而气液两相石盐流体包裹体则可揭示古大气成分。了解过去的气候变化情况,可以将目前的人类社会的气候纳入其中作为一个节点,将其放在整个地质历史的长河中去考量。帮助人类正确认识目前面临的气候环境情况,以及预测未来的气候变化趋势。

包裹在古代蒸发盐矿物流体包裹体中的嗜盐微生物被称为古嗜盐菌。这些盐类矿物包裹体中又属石盐流体包裹体最常见、研究最深入,因此对于嗜盐菌的研究大多依赖于石盐流体包裹体。第一,晒盐池中的嗜盐菌可以使盐池变红,提高对太阳能吸收能力,进而提高卤水蒸发速度,有利于提高原盐产量。第二,嗜盐菌可以处理含盐类有机工业废水,尤其对于石油烃类的降解。第三,嗜盐菌细胞膜中菌紫质蛋白用途广泛。

虽然这些应用还未大规模普及,有的甚至还处于研发阶段,但这并不影响科学家们对这个小家伙的认知。一个小小的石盐流体包裹体,竟然有这么大的能量。不论是在地质学、环境科学这些基础研究学科中的贡献,还是生命科学、信息技术这些前沿应用学科中的作用,都令人暗暗称奇,可谓石盐中的“精灵”。

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