您可能认为碳是地球上主要存在于生物（即有机物）中或作为二氧化碳存在于大气中的元素。当然，这两个地球化学储层都很重要，但是绝大多数碳都被锁定在碳酸盐矿物中。这些以碳酸钙为首，碳酸钙采用两种矿物形式，分别称为方解石和文石。

       岩石中的碳酸钙矿物

       文石和方解石岩石具有相同的化学式CaCO 3，但它们的原子以不同的构型堆叠。也就是说，它们是多态。（另一个例子是蓝晶石，红柱石和硅线石。）文石具有斜方晶结构，方解石具有三角结构。我们的碳酸盐矿物画廊从猎犬的角度介绍了这两种矿物的基础知识：如何识别它们，在何处发现它们以及它们的某些特殊性。

       方解石通常比文石更稳定，尽管随着温度和压力的变化，两种矿物中的一种可能会转化为另一种。在地表条件下，文石在地质时间内会自发变成方解石，但在较高的压力下，两者的密度较高的文石是优选的结构。方解石有利于高温。在表面压力下，文石不能长时间承受约400°C以上的温度。

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       Blueschist变质相 的高压，低温岩石通常包含文石脉而不是方解石脉。转变为方解石的过程非常缓慢，以至于文石可以像金刚石一样保持亚稳态。

       有时，一种矿物的晶体会转换为另一种矿物，同时保留其原始形状为假晶形：它看起来像典型的方解石旋钮或文石针，但岩相显微镜显示了其真实本性。对于大多数目的，许多地质学家不需要知道正确的多晶型物，而只是谈论“碳酸盐”。大多数时候，岩石中的碳酸盐是方解石。

       水中碳酸钙矿物质

       当要了解哪种多晶型物会从溶液中结晶出来时，碳酸钙的化学反应更为复杂。此过程在自然界中很常见，因为两种矿物都不是高度可溶的，并且水中溶解的二氧化碳（CO 2）的存在会促使它们沉淀。在水中，CO 2与碳酸氢根离子HCO 3 +和碳酸H 2 CO 3保持平衡，它们都是高度可溶的。改变CO 2的含量会影响其他化合物的含量，但是CaCO 3在这个化学链的中间，除了沉淀为无法快速溶解并返回水中的矿物质外，别无选择。这一单向过程是地质碳循环的主要驱动力。

       钙离子（Ca 2+）和碳酸根离子（CO 3 2–）加入CaCO 3时会选择哪种排列方式取决于水中的条件。在清洁的淡水中（在实验室中），方解石占主导，尤其是在冷水中。洞穴岩层通常为方解石。许多石灰石和其他沉积岩中的矿物水泥通常为方解石。

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       海洋是地质记录中最重要的栖息地，碳酸钙矿化是海洋生物和海洋地球化学的重要组成部分。碳酸钙直接从溶液中析出，在称为卵石的微小圆形颗粒上形成矿物质层，并形成海底泥浆的水泥。哪种矿物结晶，方解石或文石岩石取决于水的化学性质。

       海水中充满了与钙和碳酸盐竞争的离子。镁（Mg 2+）附着在方解石结构上，减慢了方解石的生长并迫使其进入方解石的分子结构，但它不会干扰文石。硫酸根离子（SO 4 - ）也抑制方解石增长。温水和大量溶解的碳酸盐通过促进文石比方解石生长更快而对文石有利。

       方解石和文石海

       这些东西对用碳酸钙建造外壳和结构的生物至关重要。贝类（包括双壳类和腕足类）是常见的例子。它们的壳不是纯矿物，而是与蛋白质结合在一起的微观碳酸盐晶体的复杂混合物。被归类为浮游生物的单细胞动植物以相同的方式制造或测试外壳。另一个重要因素似乎是藻类可通过确保自己随时提供CO 2来帮助进行光合作用而从制造碳酸盐中受益。

       所有这些生物都使用酶来构造自己喜欢的矿物质。文石可以生成针状晶体，而方解石则可以生成块状晶体，但是许多物种都可以使用其中一种。许多软体动物壳的内部使用文石，而外部使用方解石。无论他们做什么使用能源，而且当海洋条件偏爱一种碳酸盐或另一种碳酸盐时，壳的建造过程都需要额外的能量来对抗纯化学的指示。

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       这意味着改变湖泊或海洋的化学性质会损害某些物种，并会损害其他物种。在地质时期，海洋在“文石海”和“方解石海”之间转移。今天，我们处在镁含量高的文石海中，这有利于镁含量高的文石和方解石的沉淀。方解石岩石海中镁含量较低，偏爱低镁方解石。

       秘密在于新鲜的海底玄武岩，其矿物质与海水中的镁发生反应，并将其拉出循环。当板块构造活动剧烈时，我们得到方解石海。当它变慢并且传播区域变短时，我们就会得到文石海。当然，还有更多的东西。重要的是存在两种不同的机制，并且当海水中镁的含量是钙的两倍时，两者之间的界线大致相同。

       自大约4000万年前（40 Ma）以来，地球就拥有一个文石海。上一个最近的文石海时期是在密西西比晚期到侏罗纪早期（大约330至180 Ma）之间，下一个倒退的时间是最新的前寒武纪，在550 Ma之前。在这两个时期之间，地球有方解石海。更多的文石和方解石岩石时期被映射到更远的时间。

       人们认为，随着地质时间的推移，这些大范围的格局改变了在海洋中筑礁的生物的混合。了解碳酸盐矿化及其对海洋化学反应的知识也很重要，因为我们试图弄清楚海洋将如何应对人为引起的大气和气候变化。