全球钙华/石灰华水化学分类新视角：基于Ca2+与HCO3?偏倚类型的创新研究

本研究针对全球钙华/石灰华（travertine/tufa）水化学分类的空白，通过分析Ca2+与HCO3?的线性关系，首次提出Ca2+-偏倚型和HCO3?-偏倚型的分类框架，揭示了冷/热泉钙华的水化学差异，为喀斯特水文过程与沉积机制研究提供了新范式，成果发表于《Applied Geochemistry》。

　　

钙华（travertine/tufa）和石灰华（tufa）作为喀斯特地区标志性的沉积景观，不仅是自然奇观，更是记录地球化学过程的“地质档案”。然而，长期以来，学界对其形成机制的水化学驱动因素缺乏系统性分类。传统研究多聚焦于CO₂来源（如Pentecost的大气源与热成因分类）或成因类型（如Ford和Pedley的表生与内生分类），但忽略了水溶液中Ca²⁺与HCO₃^?的化学平衡这一核心问题。这一空白限制了人们对喀斯特水文-沉积耦合机制的理解，尤其在全球气候变化背景下，厘清水化学特征对钙华沉积的调控作用至关重要。

针对这一挑战，中国的研究团队以全球典型钙华景观（如土耳其帕穆卡莱和中国黄龙）为研究对象，首次基于水化学数据提出了Ca²⁺-偏倚型与HCO₃^?-偏倚型的分类框架。研究发现，Ca²⁺-偏倚型指溶液中Ca²⁺浓度高于Ca(HCO₃)₂化学式理论值，而HCO₃^?-偏倚型则相反。通过对比全球冷/热泉钙华数据，团队揭示了热泉钙华多呈现双偏倚特征（即Ca²⁺与HCO₃^?浓度均偏高），而冷泉钙华更易出现单一偏倚模式。这一分类不仅完善了钙华成因理论，还为喀斯特地区水资源管理与生态保护提供了科学依据。

研究采用的关键技术包括：（1）全球钙华景观水化学数据采集与整合；（2）Ca²⁺-HCO₃^?线性关系建模；（3）冷/热泉钙华水化学参数的对比统计分析，样本涵盖土耳其、中国、意大利等地的代表性遗址。

分析结果

1. Ca²⁺-偏倚型与HCO₃^?-偏倚型的水化学特征
   研究证实帕穆卡莱等高盐环境更易形成Ca²⁺-偏倚型钙华，而黄龙等区域则表现出HCO₃^?主导的沉积模式，反映了地质背景对离子迁移的差异化控制。

2. 冷/热泉钙华的Ca²⁺-HCO₃^?对比
   热泉钙华因深部CO₂输入和高温促进溶解，导致Ca²⁺与HCO₃^?浓度同步升高；冷泉钙华则受限于大气CO₂溶解效率，多呈现单一偏倚。

结论与意义
该研究开创性地将水化学偏倚类型与钙华沉积机制关联，揭示了离子平衡对沉积景观形成的决定性作用。这不仅深化了对喀斯特碳循环（karst carbon cycle）的认识，还为全球钙华遗产地的保护策略（如控制水质酸化）提供了理论支撑。未来研究可进一步结合同位素技术，追踪偏倚类型的物质来源与迁移路径。