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蒸發岩

蒸發岩 （evaporite）是一種水溶性沉積礦物，由水溶液蒸發濃縮和結晶而成[1]。蒸發沉積物有兩種類型：海相沉積物，也可稱為海洋沉積物；非海相沉積物，存在於湖泊等靜止水體中。蒸發岩被認為是沉積岩，是由化學沉積形成的。

一塊被死海蒸發岩鹽包裹的鵝卵石（1枚[直徑18毫米]的以色列硬幣₪以顯示大小）。

形成

儘管地表和含水層中的所有水體都含有溶解鹽，但水必須蒸發到大氣中，礦物質才能沉澱。要做到這一點，水體必須處於一種受限環境中，在該環境中水的補給量一直低於淨蒸發量，這通常是一種乾旱環境，一種由有限水流供給的小流域。當發生蒸發時，剩留水中的鹽分不斷累積，當水變得過飽和時，鹽就會產生沉澱。

沉積環境

海相蒸發岩

 
硬石膏

海相蒸發岩往往具有較厚的沉積物，通常是更廣泛研究的重點[2]。它們也有一套蒸發系統。當科學家們在實驗室里蒸發海水時，這些礦物質會以確定的順序產生沉積，這在1884年就已被烏西格里奧首次證明[2]。實驗中，當水量降至原有的50%時，第一階段沉澱開始，此時，產生出微量的碳酸鹽[2]；接下來，當海水降至原有的20%時，石膏礦物開始形成，然後是在10%時的石鹽[2]，不包括不屬於蒸發岩的碳酸鹽礦物。通常認為最常見，最具代表性的海相蒸發岩礦物為方解石、石膏和硬石膏、石鹽、鉀鹽、光鹵石、角閃石、多石鹽和鉀長石。硫鎂礬(MgSO4）也可能包括在內，但通常只占總含量的4%不到[2]。儘管大約只有12種常見礦物被認為是重要的成岩礦物[2]，然而，據報道，在蒸發岩礦床中大約發現了80種不同的礦物（1963年斯圖爾特；1999年沃倫）。

非海相蒸發岩

非海相蒸發岩通常由海洋環境中不常見的礦物組成，因為一般來說，非海相蒸發岩沉澱的水中所含化學元素比例與海洋環境中的不同[2]。在這些礦床中發現的常見礦物包括白鈉鎂礬、硼砂、瀉利鹽、單斜納鈣石、鈣芒硝、芒硝、無水芒硝和天然鹼。非海相沉積物中也可能含有石鹽、石膏和硬石膏，在某些情況下甚至可能以這些礦物為主，儘管它們並非來自海洋沉積物。然而，這並沒有降低非海相沉積物的重要性，這些沉積物通常有助於描繪過去地球氣候，一些特殊的礦床甚至顯示出重要的構造和氣候變化，這些礦床還可能貯藏有有助於當今經濟發展的重要礦物[3]。在蒸發率超過流入率的地方，以及在有足夠可溶物質供給的地方，往往會形成很厚的非海相沉積層。流入也必須發生在封閉流域中，或流出受限的流域中，以便沉積物有足夠時間在湖泊或其他靜止水域中聚集並形成[3]。這方面的主要示例被稱為「鹽湖沉積物」[3]，鹽湖包括常年性湖泊（全年存在的湖泊）、普拉亞湖（僅在特定季節出現的湖泊）或其他任何用於定義間歇性或常年存在水體地方的術語，現代非海相沉積環境的例子包括猶他州的大鹽湖和位於約旦和以色列之間的死海。

滿足上述條件的蒸發岩沉積環境包括：

現知最重要的蒸發岩沉積發生在地中海盆地的墨西拿鹽度危機期間。

地層

 
猶他州西南部卡梅爾地層一塊侏羅紀岩石中石鹽的漏斗狀晶體鑄件。

蒸發岩地層不一定完全由石鹽等鹽類組成，事實上，大多數蒸發岩地層的蒸發岩礦物含量都不超過百分之幾，其餘則由更典型的碎屑岩顆粒和碳酸鹽組成，蒸發岩形成的示例包括東歐和西亞的蒸發岩硫磺的出現[4]。

對於要確認為蒸發岩的地層，可能只需識別石鹽礦物假象、由一定比例的蒸發岩礦物組成的層序以及泥裂縫或其他的岩石質地。

蒸發岩的經濟價值

由於它們的礦物學、現場物理性質以及它們在地下的特性，蒸發岩在經濟上很重要。

蒸發岩礦物，尤其是硝酸鹽礦物，在秘魯和智利具有重要的經濟地位。硝酸鹽礦物通常被開採用於肥料和炸藥。

厚岩鹽礦床由於其地質穩定性、可預測的工程和物理特性以及對地下水的不滲透性，預計將成為處置核廢料的重要地點。

岩鹽地層以其形成底闢的能力而聞名，這為圈閉石油礦床提供了理想的位置。

岩鹽礦床經常被開採以生產食鹽。

主要類別

 
方解石

下表列出了構成海洋蒸發岩的礦物，它們通常都是這種礦床中最常見的礦物。

礦物類型 礦物名稱 化學成分
氯化物 石鹽 NaCl
鉀鹽石 KCl
光鹵石 KMgCl3 · 6 H2O
鉀鹽鎂礬 KMg(SO4)Cl · 3 H2O
硫酸鹽 硬石膏 CaSO4
石膏 CaSO4 · 2 H2O
硫鎂礬 MgSO4 · H2O
無水鉀鎂釩 K2Mg2(SO4)3
雜鹵石 K2Ca2Mg(SO4)6 · H2O
碳酸鹽 白雲石 CaMg(CO3)2
方解石 CaCO3
菱鎂礦 MgCO3
 
碳鉀鈉礬，Na22K(SO4)9(CO3)2Cl，極少數同時為碳酸鹽和硫酸鹽的礦物之一。

蒸發岩礦物在水中的濃度達到一定比例時，將不再以溶質的形式存在，而是開始產生沉澱。 礦物按其溶解度的相反順序從溶液中沉澱出來，因此海水中的沉澱次序為：

  1. 方解石 (CaCO3)和白雲石 (CaMg(CO3)2)；
  2. 石膏(CaSO4 • 2H2O)和硬石膏 (CaSO4)；
  3. 石鹽 (即食鹽，氯化鈉)
  4. 鉀和鎂鹽

海水中大量沉澱形成的岩石與上述的沉澱順序相同。因此，石灰石（方解石）和白雲石比石膏更常見，後者則比石鹽更常見，而石鹽又比鉀和鎂鹽更常見。

蒸發岩也可以很容易地在實驗室中重結晶，以研究其形成的條件和特徵。

土衛六上可能的蒸發岩

來自衛星觀測[5]和實驗室試驗的最新證據[6]表明，土星最大的衛星土衛六表面可能存在蒸發岩。土衛六不是水的海洋，而是擁有液態烴的湖泊和海洋（主要是甲烷）以及許多可溶碳氫化合物，如乙炔[7] ，這些碳氫化合物可以從溶液中蒸發出來。蒸發岩礦床覆蓋了土衛六表面大片區域，主要沿湖泊海岸線或孤立的盆地（干湖），相當於地球上的鹽盤[8]。

參見

 
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參考文獻

引文

  1. ^ Jackson, Julia A. Glossary of Geology 4th. Alexandria, Virginia: American Geological Institute. 1997. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 Boggs, S., 2006, Principles of Sedimentology and Stratigraphy (4th ed.), Pearson Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ, 662 p.
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 Melvin, J. L.(ed) 1991, Evaporites, petroleum and mineral resources; Elsevier, Amsterdam
  4. ^ C.Michael Hogan. 2011. Sulfur. Encyclopedia of Earth, eds. A.Jorgensen and C.J.Cleveland, National Council for Science and the environment, Washington DC 網際網路檔案館的存檔，存檔日期October 28, 2012，.
  5. ^ Barnes, Jason W.; Bow, Jacob; Schwartz, Jacob; Brown, Robert H.; Soderblom, Jason M.; Hayes, Alexander G.; Vixie, Graham; Le Mouélic, Stéphane; Rodriguez, Sebastien; Sotin, Christophe; Jaumann, Ralf. Organic sedimentary deposits in Titan's dry lakebeds: Probable evaporite. Icarus. 2011-11-01, 216 (1): 136–140. Bibcode:2011Icar..216..136B. ISSN 0019-1035. doi:10.1016/j.icarus.2011.08.022 （英語）. 
  6. ^ Czaplinski, Ellen C.; Gilbertson, Woodrow A.; Farnsworth, Kendra K.; Chevrier, Vincent F. Experimental Study of Ethylene Evaporites under Titan Conditions. ACS Earth and Space Chemistry. 2019-10-17, 3 (10): 2353–2362. Bibcode:2019ECS.....3.2353C. S2CID 202875048. arXiv:2002.04978  . doi:10.1021/acsearthspacechem.9b00204. 
  7. ^ Singh, S.; Combe, J. -Ph.; Cordier, D.; Wagner, A.; Chevrier, V. F.; McMahon, Z. Experimental determination of acetylene and ethylene solubility in liquid methane and ethane: Implications to Titan's surface. Geochimica et Cosmochimica Acta. 2017-07-01, 208: 86–101. Bibcode:2017GeCoA.208...86S. ISSN 0016-7037. doi:10.1016/j.gca.2017.03.007 （英語）. 
  8. ^ MacKenzie, S. M.; Barnes, Jason W. Compositional Similarities and Distinctions Between Titan's Evaporitic Terrains. The Astrophysical Journal. 2016-04-05, 821 (1): 17. Bibcode:2016ApJ...821...17M. ISSN 1538-4357. arXiv:1601.03364  . doi:10.3847/0004-637x/821/1/17   （英語）. 

來源

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