Zeolite可以被视为大自然的主力。这些超多孔矿物质充满了微小的孔洞和通道，可以吸收环境污染物、过滤饮用水、管理核废料，甚至吸收二氧化碳(CO2)。
现在，在同类研究中，西北大学的研究人员分析了从冰岛东部边缘收集的古代天然沸石标本，发现沸石以一种完全出乎意料的方式分离钙同位素。
“钙以具有不同质量的多种同位素的形式出现，”该论文的第一作者克莱尔·纳尔逊(ClaireNelson)说。“大多数矿物质优先包含较轻的钙同位素。我们发现，一些沸石极端偏爱较轻的同位素，而另一些沸石偏爱较重的同位素，这是一个罕见而惊人的结果。”这一发现有助于量化现代和古代地质系统中的温度，并为通过碳捕获封存减轻人为气候变化的努力提供信息。该研究于周五（10月1日）发表在《通信地球与环境》杂志上，该杂志是NaturePortfolio建立的新的开放获取期刊。
“我们发现了一些完全出乎意料的新事物，”该研究的资深作者安德鲁·雅各布森说。“它可能对地球科学和跨领域产生广泛的影响，特别是考虑到沸石在工业、医学和环境修复中有着无数的应用。”
雅各布森是西北大学温伯格艺术与科学学院地球和行星科学教授。纳尔逊最近获得了她的博士学位。在雅各布森的实验室工作，目前是哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地球观测站的博士后研究科学家。冰岛大学Breiðdasvík研究中心的地质学家、沸石专家TobiasWeisenberger是该研究的主要合著者。
为岩石速降
尽管它们形成于各种地质环境中，但沸石在产生玄武岩的火山环境中尤为常见。随着火山喷发的熔岩随着时间的推移堆积起来，埋藏的岩石会压缩和变形。地下水与这些岩石相互作用形成沸石，沸石由铝、氧和硅原子连接在一起形成三维笼状结构。“最初的火山熔岩结晶成原生矿物，”纳尔逊说。“然后水下雨并渗入岩石，溶解它们并产生沸石和方解石等次生矿物。”
为了收集研究样本，纳尔逊访问了冰岛东部的Berufjörður-Breiðdalur地区，那里的冰川侵蚀在玄武岩中形成了深深的山谷和峡湾，揭示了埋藏的沸石。Nelson爬到峡湾的山顶，然后用绳索下降到河流峡谷，从不同高度收集样本，代表不同的埋藏深度，从而代表变质的温度。
沉重的惊喜
为了分析这些样品，纳尔逊使用了雅各布森实验室开发的最先进的高精度方法来测量钙同位素。Nelson和Jacobson对确定根据质量分馏（或分离）钙同位素的机制特别感兴趣。“几十年来，地球科学家一直使用沸石来了解玄武岩的热液蚀变，但直到现在，钙同位素研究人员都忽略了它们，”雅各布森说。“事实证明，这些矿物质显示出非常大的钙同位素分馏，比任何人预测甚至认为可能的都要大得多。”
西北大学的团队发现沸石显示出极端的钙同位素变异性，几乎比地球表面生产的所有其他材料都要多。几十年来，地球科学家一直使用沸石来了解玄武岩的热液蚀变，但直到现在，钙同位素研究人员都忽略了它们。事实证明，这些矿物质显示出非常大的钙同位素分馏，比任何人预测甚至认为可能的都要大得多。”
经过进一步分析，纳尔逊发现这种行为与沸石内钙和氧原子之间的键长直接相关。支持较长键的沸石会积聚较轻的钙同位素，而键较短的沸石会积聚较重的钙同位素。“基本上，较重的同位素更喜欢更强（或更短）的键，”纳尔逊说。“在热力学上，更强的键更有利于浓缩更重的同位素。较长的键在能量上更喜欢较轻的同位素。这样的观察是罕见的，并且告知了我们对钙同位素一般行为的了解。”
潜力股
结果具有广泛的意义，因为沸石具有多种工业和商业应用。此外，了解钙同位素分馏机制有助于为钙同位素替代物的现有和新用途提供信息。由于同位素分馏可能与温度有关，Jacobson和Nelson表示沸石可以开发成一种全新类型的地温计，有可能在沸石形成的环境中重建古代温度。“键长关系表明分馏是由热力学而不是动力学控制的，”纳尔逊说。“热力学或平衡控制分馏与温度有关。因此，通过更多的研究，沸石的钙同位素比率可用于量化过去的温度。”新的认识对于使用钙同位素追踪玄武岩风化也具有重要意义，包括其在长期气候调节中的作用以及在碳捕获和储存中的应用。
这项名为“冰岛沸石矿物的大钙同位素分馏”的研究得到了国家科学基金会的支持（奖励编号EAR-1613359）。
