沸石的同位素无视自然 - 碳捕获和储存的新潜力

新发现可以帮助通知沸石如何用于碳捕获和储存。

• 第一研究分析沸石矿物质钙同位素组成
• 钙和氧分配钙同位素之间的粘合条件
• 用于开发用于调查地球系统的新型“地热计”的调查结果

沸石可以被视为大自然的主力。

这些超孔矿物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，处理核废料，甚至吸收二氧化碳(CO₂）。

现在，在第一项研究中，西北大学研究人员已经分析了从东冰岛边缘收集的古代沸石标本，以发现沸石以完全意外的方式分开钙同位素。

“钙发生在具有不同群众的多个同位素中，”纸张的第一作者称，Claire Nelson说。“大多数矿物优先掺入更轻的钙同位素。我们发现的是，一些沸石更喜欢以极端程度更轻的同位素，而其他沸石更喜欢较重的同位素，罕见和引人注目的结果。“

这一发现可以帮助量化现代和古代地质系统的温度，并努力通过碳捕获封存减轻人类引起的气候变化。

该研究于2021年10月1日公布，在Communicational地球和环境期刊，是由自然组合建立的新开放式学期刊。

“我们发现了完全出乎意料和新的东西，”该研究的高级作者安德鲁雅各布森说。“它可以在地质和跨越领域具有广泛的影响，特别是考虑到沸石在工业，医学和环境修复中具有无数应用。”

雅各布森是西北威辛艺术和科学学院的地球和行星科学教授。尼尔森最近赢得了博士学位。在雅各布森的实验室工作，目前是博士后研究科学家哥伦比亚大学'L形叶片地球天文台。冰岛大学Breiðdasvík研究中心的地质学家Zeolite专家Tobias Weisenberger是该研究的关键合作作者。

摇滚岩石

尽管它们形成于各种各样的地质环境，沸石在产生玄武岩的火山环境中特别常见。随着时间的推移，火山喷发出的熔岩堆积起来，埋藏的岩石被压缩和变形。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，形成三维的笼状结构。

“初始火山岩熔岩变成了原发性矿物质，”纳尔森说。“然后水下雨并渗透岩石，溶解它们并产生沸石和方解石等次级矿物质。”

要收集研究样本，尼尔森访问了冰岛东部的Berufjörður-Breiždalur地区，冰川侵蚀已经将深谷和海湾雕刻成玄武岩摇滚，以揭示埋藏的沸石。尼尔森爬到了峡湾山脉的顶部，令河峡谷飙升，收集各种高度的样品，代表不同的埋藏深度，从而形成变质的温度。

一个重量的惊喜

为了分析这些样品，纳尔森使用了最先进的，用于测量雅各逊实验室中开发的钙同位素的高精度方法。纳尔逊和雅加森特别感兴趣地鉴定根据其群众分配（或分离）钙同位素的机制。

“几十年来，地质学家就业，宙铁才能理解玄武岩的水热改变，但到目前为止，钙同位素研究人员忽略了他们，”雅各布森说。“事实证明，矿物质显示出极大的钙同位素分级，比任何预测甚至可能的人都大得多。”

西北部队发现沸石显示出极端的同位素变异性，比实际上所有在地球表面产生的材料都有更多。

在进一步分析之后，纳尔逊发现该行为与沸石内钙和氧原子之间的键合长度直接相关。沸石支撑较长的粘合积累较轻的钙同位素，而粘合较短的粘合剂积累了较重的钙同位素。

“基本上，较重的同位素更偏好（或更短）债券，”纳尔森说。“对于更强的粘合来浓缩同位素的更强的粘合剂更具热力学良好。较长的债券大力偏爱更轻的同位素。这些观察是罕见的，并告知我们一般来说钙同位素的行为。“

热势

由于沸石具有多种工业和商业应用，结果具有广泛的影响。此外，了解分级钙同位素的机制可以帮助提供钙同位素代理的现有和新用途。由于同位素分级可以是温度依赖的，雅各布森和纳尔森表示，沸石可以被开发成全新的地热计，可能能够在沸石形式的环境中重建古老的温度。

“键合长度关系表明分馏由热力学而不是动力学控制，”纳尔森说。“热力学，或平衡，受控分馏是温度依赖性的。因此，随着更多的研究，沸石的同位素比率可用于量化过去的温度。“

新的理解还具有对微量玄武岩风化的钙同位素具有重要意义，包括其在长期气候调节中的作用和在碳捕获和储存中的应用。

参考：“来自冰岛的沸石矿物质的大钙同位素分馏”由Claire J. Nelson，Andrew D. Jacobson，Gabriella D. Kitch和Tobias B. Weisenberger，10月1日10月1日，通信地球和环境。
DOI：10.1038 / s43247-021-00274-9

这项研究得到了美国国家科学基金会(奖号EAR-1613359)的支持。