塞浦路斯Troodos山脉历史石棉矿区水化学演化及其对碳封存潜力的制约

为解决石棉矿区环境演化及碳封存潜力评估问题，研究人员针对塞浦路斯Troodos山脉Amiantos矿区开展水化学演化研究，发现矿区水体富含Mg2+、DIC及Na+/K+等元素，揭示碳酸盐-蛇纹石动态平衡制约CO2封存效率，为废弃矿区生态修复提供理论依据。

　　

在地中海东部的塞浦路斯岛上，Troodos山脉的Amiantos石棉矿自1988年关闭后，其遗留的尾矿和周边高度风化的蛇纹岩体持续影响着区域水化学环境。这类富含纤维状温石棉（chrysotile asbestos）的矿区，不仅存在潜在环境健康风险，更因其超镁铁质岩特性被视为二氧化碳矿物封存（mineral carbonation）的潜在场所。然而，矿区水体中碳酸盐与蛇纹石的复杂相互作用机制，以及其对碳封存效率的制约因素，始终是环境地球化学领域的未解之谜。

英国南安普顿大学国家海洋学中心的研究团队通过系统分析矿区水体化学组成，揭示了Artemis底辟构造（diapir）中水-岩相互作用的独特演化路径。研究发现，矿区水体呈现pH 8-10的碱性特征，富含Mg²⁺（最高6577 μmol/kg）和溶解无机碳（DIC>4000 μmol/kg），同时含有异常高的Na⁺、K⁺、Cl^-及Cs/Ba/Br等微量元素。这些元素主要源自蛇纹岩中矿物包裹体的溶解，而尾矿的高渗透性和细颗粒特性进一步加剧了元素的溶解释放。论文发表于《Applied Geochemistry》，为理解石棉矿区环境演化提供了关键数据。

研究采用多技术联用策略：1) ICP-MS测定主微量元素组成；2) 离子色谱分析Cl^-/SO₄^2-等阴离子；3) VINDTA 3C系统测定DIC；4) SEM-EDS和LA-ICP-MS进行矿物微区元素成像；5) Geochemists Workbench?软件模拟矿物饱和指数（log Q/K）。采样涵盖矿区尾矿渗水、周边溪流及Troodos山顶积雪对照样本。

3.1 岩石与矿物特征
Artemis底辟体由高度剪切破碎的蛇纹岩组成，含大量温石棉脉和方解石/文石脉。激光剥蚀元素成像显示B、Li等微量元素在原生橄榄石假晶（pseudomorph）与后期蛇纹石脉间存在差异分布，反映多期次流体改造历史。尾矿物质组成与天然岩体相似，但经采矿粉碎后颗粒更细，表面普遍覆盖季节性蒸发形成的碳酸盐结壳。

3.2 矿区水文地球化学
稳定同位素（δ¹⁸O=-7.0‰，δD=-36.6‰）证实水体为大气降水起源。与周边溪流相比，尾矿渗滤液呈现显著的元素富集（如BU1样品的Na⁺达5799 μmol/kg，Cl^-达6370 μmol/kg），这种演化趋势与深部超碱性泉水（pH 11-13）明显不同，说明元素富集主要源于尾矿物质的强化溶解。

3.3 碳酸盐动态平衡
所有水体对温石棉（log Q/K=+5.62）和菱镁矿（magnesite，log Q/K=+1.68）均呈过饱和状态。Mg²⁺:DIC摩尔比接近1:2，符合菱镁矿溶解 stoichiometry（化学计量关系），但季节性蒸发导致碳酸盐反复沉淀-溶解，形成表面"盔甲层"（armoring layer），反而抑制了持续的CO₂封存反应。

4.4 碳封存潜力限制
尽管蛇纹岩碳化（serpentine carbonation）在理论上是有效的CO₂封存途径，但研究发现：1) 天然风化已使岩体预存大量碳酸盐；2) 季节性碳酸盐结壳阻碍新鲜矿物表面暴露；3) 水体长期处于温石棉-碳酸盐亚稳态平衡。这些因素共同导致在人类时间尺度上，尾矿材料的碳封存效率受限。

该研究首次阐明了历史石棉矿区水化学演化与碳封存能力的耦合关系，指出仅靠增强风化（enhanced weathering）难以实现显著碳汇。成果不仅为矿区环境管理提供科学依据，更对全球超镁铁质岩区的碳封存策略提出警示——需开发突破矿物表面钝化的新技术，方能充分发挥这类地质材料的减排潜力。