科学猜想文集
（560) 《石灰岩》

碳酸盐岩是一种常见的沉积岩，主要由碳酸钙（CaCO₃）或碳酸镁钙（CaMg(CO₃)₂）等碳酸盐矿物组成。它在地球的岩石圈中分布广泛，具有重要的地质意义。

碳酸盐岩主要有石灰岩、白云岩、泥灰岩、生物礁灰岩、灰泥岩、鲕粒灰岩、结晶灰岩、硅质灰岩，它们的主体是方解石与白云岩，含量都在50%以上。

方解石的化学式为CaCO₃，是碳酸盐岩中最主要的矿物成分。它的晶体形态多样，常见的有菱面体、六方柱等。方解石的硬度较低，莫氏硬度为3，遇稀盐酸会剧烈起泡，这是碳酸盐岩的一个重要鉴定特征。

白云石的化学式为CaMg(CO₃)₂。白云石的晶体通常为菱面体，硬度稍大于方解石，莫氏硬度约为3.5-4。它与稀盐酸反应时不如方解石剧烈，需要先将岩石粉碎后，反应才比较明显。

碳酸盐岩主要沉积于浅海环境、深海环境、湖泊环境、三角洲环境。但纯白云岩是一个例外，因为纯白云岩的白云石含量通常大于95%，纯白云岩的主体属于原生白云岩。

原生白云岩在强烈蒸发作用下，从高浓度咸水化学沉淀形成。其特点为自形-半自形泥晶-微晶结构，常见泥裂、小型交错层理，一般不含化石，成层分布。

我们知道：在中国地质体的发育史中，元古宙早-中期广泛发育有纯白云岩。而在成冰纪也发育了纯白云岩，但纯白云岩的量远没有元古宙发育广泛。但这一现象给了我们一个启示：纯白云岩的形成可能与低温环境、水的碱度有关。

在现代社会生活中，科研人员在新疆沙漠中建水池养龙虾。开始时，由于新疆白天日照强烈，水池水热得发炀，夜间温度接近于冰点。温差构成水的碱性大幅度上升，造成龙虾很难饲养环境。经过科研人员的环境改造，才使龙虾的养活率上升为50%。这个社会实践告诉我们：低温环境出现温差大是决定水质酸碱性的客观条件。

前寒武纪广阔的海洋中形成的碳酸盐岩，约占地表沉积岩分布面积的20%。我国碳酸盐岩主要分布于前寒武纪的震旦纪与显生宙的海相地层中，并以西南地区最为发育，特别是石灰岩的发育也软为普遍。

碳酸盐岩的地层分布状态以显生宙为主，这符合碳酸盐岩的沉积环境的变化。由于前寒武纪缺乏相应的温度环境，无法大量的形成碳酸盐岩。所以，前寒武纪的历史虽然悠久，其形成的碳酸盐岩很少。

在进入到震旦纪以后，地球的沉积环境得到改变，温度的上升导致海洋溶解度的上升，沉积环境改变至沉积岩发展也发生改变，80%以上的碳酸盐岩都形成于显生宙。

例如：中生代中国的西南方主要为深海沉积环境，中国的碳酸盐岩所形成的喀斯特地貌主要分布于西南地区，如桂、黔、滇等省区。这些资料足以证明:石灰岩主要形成于深海沉积环境。

中生代的海洋中能沉积大量的碳酸盐岩，说明海洋的溶解能力与析出能力增强，其转换频率加快的重要条件，还些都有可能是昼夜温差过大造成的，是形成大量碳酸盐岩，特别是石灰岩的前提。

这个前提涉及到大气的物理环境的改变，中生代地球距离太阳较远，太阳辐射力度虽然不强，但由于地球大气圈层空气密度相对较低，太阳辐射中的其它光质占比较大，是形成地球表层、受热大于今天，海水温度并不亚于今天的重要条件。

海洋温度的改变并自然涉及到溶解能力的上升。空气密度的相对较低，是构成海水温度快速上升与下降的重要条件，是构成矿物质大量被溶解、被析出并沉积的重要条件。

通过中生代深海沉积的碳酸盐岩的，寒武纪纪河南省云台山鲕粒石灰岩，距今12亿年的晚元古宙“深海”沉积的石英砂岩相比较，发现在它们之间发生了质的变化，这个质表现在碳与钙参入沉积岩沉积过程中量的差异上。

越往前看，碳与钙物质分子的参入量越低，越往后看，碳与钙物质分子的参入量越高。这种变化揭示了地球在漫长的演化过程中，存在着大气物理环境的渐变现象，导致沉积岩也随之发生改变。

无任是地球水圈的规模，还是地球表层的温度，在不同的地史时期的沉积环境都存在明显的不同。不同地史时期的沉积环境，其沉积岩的地层性质相对不同。这种差异可以帮助我们识别不同地史时期的沉积状态，这种沉积状态与生物的演化一样，是一种不可逆的自然现象。