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溫泉的形式出露地表后，由於壓力和溫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溫泉形成形態各異的泉華群，備受旅遊者的青睞。在我國西藏和雲南也分佈有大量高溫溫泉形成的。

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，在氣候溫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)。

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。鈣華一般為低溫地熱顯示。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。高溫熱泉一般沉澱文石，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

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,特別是溫度對鈣華的形成有直接的影響。CaCO3結晶是吸熱反應,溫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溫,水中CO2的溶解量隨著溫度的升高而降低,導致CaCO3溶解度降低,過飽和的CaCO3結晶析出形成鈣華。

地質地貌

不同的地質地貌特徵也控制著鈣華的形成。在鈣華分佈區基岩多為碳酸鹽岩類,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岩地層,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岩的碳酸鹽岩分佈區,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。

水動力條件

（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的溶解量也隨著深度的增加而增大。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榦基部和倒木上,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著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著面。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。

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。

鈣華在重建古環境方面有著自己的優點：①解析度高。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解析度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蘊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溫度可能就是當時地表的溫度，而石筍反映的則可能是當地的年均溫度。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。