鈣華

鈣華又稱石灰華，是在地表由岩溶泉、河、湖水沉積形成的大孔隙次生碳酸鈣，一般具有多孔隙的海綿狀結構，以及薄層殼狀、塊狀構造。其成因是由於岩溶地區的地下水或地表水在適宜的環境下，且往往是在植物作用影響下，導致碳酸鈣過飽和而沉積。一些地區的地下熱水以温泉的形式出露地表後，由於壓力和温度等環境條件的改變，溶解在熱水中的某些化學物質沉澱物常在泉口附近形成泉華，其中以CaCO3沉澱物形成的鈣華最為常見。美國黃石公園的Mammath温泉形成形態各異的泉華羣，備受旅遊者的青睞。在我國西藏和雲南也分佈有大量高温温泉形成的。

鈣華按照其成因可以分為兩大類：一是沒有深部CO₂來源的條件下，在氣候温暖濕潤和植被良好的地區，沉積形成的鈣華，稱之為冷水型鈣華( Tufa)；二是有深部CO₂來源條件下，由於地質構造等作，沉積形成的鈣華，稱之為熱成因型鈣華( Travertine)。

鈣華礦物成分主要為方解石和文石；質硬，緻密，細晶質，塊狀，空心或實心球狀，厚板或薄層，具纖維或同心圓狀結構。鈣華體形態異離多變，常見鈣華錐、丘、扇、鐘乳石等。藏北高原龍馬爾熱泉區的“鈣華石林”舉世無匹，細高的鈣華柱高達7米。鈣華一般為低温地熱顯示。鈣華礦物以方解石最普遍，當結晶速度較快時，才能產出文石型鈣華。泉水中鍶離子濃度增加將有利於文石鈣華的形成，而鹼金屬氯化物則不利於文石的形成。高温熱泉一般沉澱文石，但如二氧化碳不大量逸出，則僅形成方解石。天然鈣華中未發現球霰石。鈣藻的活動對鈣華的形成也有一定的影響。

四種鈣華沉積模式：泉水、河流障、湖泊以及沼澤鈣華沉積。

以CaCO₃為主要成分的鈣華沉積， 是碳酸鹽溶液系統中多個化學反應動態平衡的綜合反映，受到氣候、地質地貌、水動力條件和生物等多方面物理化學因素的影響。

氣候對鈣華的形成速度和形態具有重要的作用，受局部環境氣候的影響，不同的地區鈣華沉積模式也不盡相同，特別是温度對鈣華的形成有直接的影響。CaCO₃結晶是吸熱反應，温度升高有利於碳酸鈣的沉積。流水在向下流動過程中不斷增温，水中CO₂的溶解量隨着温度的升高而降低，導致CaCO₃溶解度降低，過飽和的CaCO₃結晶析出形成鈣華。

不同的地質地貌特徵也控制着鈣華的形成。在鈣華分佈區基岩多為碳酸鹽巖類，構造運動和岩溶作用強烈，斷裂較發育。這為岩溶水提供了良好的徑流通道，而且為鈣華的形成提供了物質基礎。我國岷山地區出露有大片的碳酸鹽巖地層，質純而層厚，在高山地形和典型的山地氣候條件下，發育了獨特的高寒岩溶鈣華。而在我國北方和貴州等一些含蒸發巖的碳酸鹽巖分佈區，其泉水和地表河水中含有較高的硫酸鈣，同離子效應也促進了鈣華沉積的形成。

（1）壓力效應

水中CO₂的分壓與大氣CO₂的分壓以及水面大氣壓強有一定的平衡關係。岩溶地下水中CO₂的分壓隨深度的增加而增大，CO₂的溶解量也隨着深度的增加而增大。因此，當泉水出露，系統環境壓力降低時，CO₂逸出，濃度降低，引起水體pH值升高，導致CaCO₃溶解度降低，促成CaCO₃沉澱析出形成鈣華。

（2）水動力效應

鈣華沉積的水動力效應主要是水力狀態(飛濺或紊流)和水的流速，其原理屬於壓力效應範疇。大量的事實表明，鈣華的沉積多出現在瀑布，急流和裂點地帶。

生物在鈣華沉積過程中也具有重要的作用。具有普遍性的促進機制是各種水生生物對水體CO₂的同化作用，該過程在植物體內則為光合作用。在水流比較緩慢的地方，光合作用活躍時期，短期內CO₂的消耗可使水體飽和而發生鈣華沉積。

鈣華沉積過程中通常有灌草、苔蘚以及硅藻、藍藻等的參與。灌草類植物可以通過被動促進過程來影響鈣華沉積或者改變水動力條件導致鈣華沉積。野外可見鈣華附生於樹幹基部和倒木上，形成鈣華圈。苔蘚類可以在其表面形成CaCO₃結殼。另外苔蘚體還可以通過毛管作用輸送水體到表面並擴大其CO₂散逸面而形成CaCO₃沉澱 。藻類在鈣華沉積形成過程中起着非常重要的生物控制作用。硅藻中一些小型種屬依靠膠質管、膠質柄這些粘附結構在小突起、陡坎及障礙物上附生，而後通過光合、粘結、分泌、結殼和捕獲等生物岩溶沉積作用，直接在藻體表面進行碳酸鈣原位沉積。藍藻具有和硅藻相似的粘結性結構，可直接附生在岩石上。同時後期形成的硅藻和藍藻藻席也為其他的生物入侵和生長提供了良好的附着面。生物構架作用是苔蘚類及藻類乃至草叢等植物所共有的一種重要的作用，在此過程中，植物本身作為鈣華沉積的重要組分而又同時作為方解石沉積依附的骨架形成疏鬆多空隙的鈣華。同時也有研究表明，植物體內含有的碳酸酐酶(CA)對碳酸鹽岩溶解具有一定的催化作用，CA的存在一定程度上影響了碳酸鈣的沉積。 ^[2] 

由於鈣華和石筍的紋層比其他地質記錄較為精確，所以利用鈣華和石筍的紋層來恢復古氣候的變化已經成為當前的熱點。

九寨溝鈣華景觀圖(6張)

鈣華在重建古環境方面有着自己的優點：①分辨率高。鈣華沉積速度快，一年可以沉積1～20mm。用鈣華進行古環境重建研究可以將分辨率提高到年級變化和季節變化。②靈敏度高。鈣華中的碳氧同位素藴涵的古環境信息直接反映的主要是地表的環境信息變化，比如鈣華中的氧同位素反映的古温度可能就是當時地表的温度，而石筍反映的則可能是當地的年均温度。但是作為研究鈣華紋層的基礎—鈣華的沉積及成岩作用長期並未得到重視。 ^[3]