科学家成功在实验室培育出白云石，解开200年地质之谜

白云石（方程式CaMg[CO3]₂），在理想条件下是一种非常简单和优雅的矿物。说它简单是因为它只含钙离子、镁离子和碳酸根离子三种组分；说它优雅是因为三种组分排列非常有序，即钙离子层和镁离子层交替出现，中间隔着碳酸根离子层。虽然常见的白云石因含铁等杂质而呈灰色，风化后呈褐色，但是纯净的白云石在手标本上为云彩一样的白色，从这点来说，称它为白云石还真是名副其实。

白云石不仅好看，还很有用。一块岩石若白云石的含量超过75%，则被成为白云岩。白云岩广泛用于建材、陶瓷、焊接、橡胶、造纸、塑料、等工业中，在农业、环保、节能、药用及保健等领域也得到了应用。比如它可以用作熔剂、耐火材料、提炼金属镁和镁化物；经适当煅烧后，可加工制成白云灰，它具洁白、强粘着力、凝固力及良好的耐火、隔热性能，适于做内外墙涂料；可以用作土壤酸度的中和剂，亦可中和因使用尿素一类肥料而造成的酸性，使农作物增产。在能源及矿产资源领域，白云岩是油气资源重要的储层，也经常和一些热液成因矿物共生。

但是，就是这么简单和有用的矿物，它的成因却成为学术界200多年的未解之谜。甚至针对它的成因，学术圈还有专门的术语，“白云石问题”，来形容它。“白云石问题”，短短5个字，在它200多年的研究历史上，有着数不清的辛酸泪。

现在，科学家可能已经找到了解决方案，因为他们在解开白云石形成的关键秘密后，能够在实验室中生产白云石。

科学家在实验室成功培育出一种名为白云石的矿物，解决了一个有200年历史的地质之谜。白云石是一种钙镁碳酸盐矿物，广泛存在于地质形成中，古代白云岩最著名的代表是多洛米蒂山脉，位于于意大利东北部。该研究发表在《科学》杂志上。

长达近两个世纪以来，科学家一直试图在实验室环境中复制白云石的独特结构，但一直未能成功，这就是所谓的“白云石难题”。白云石在1亿年以上的岩石中非常丰富，但在年轻的地质形成中几乎不存在。了解白云石的形成一直是地质学领域的一个长期难题。

这一突破是由密歇根大学和北海道大学的研究人员基于原子模拟开发的新理论。通过在矿物生长过程中去除缺陷，科学家们首次成功在实验室中培育出白云石。

研究人员在将小白云石晶体浸入钙和镁溶液中后，在两个小时内开始轻柔地脉冲电子束4,000次。他们发现，白云石在脉冲后生长了大约100纳米，相当于300层矿物。这是一项令人印象深刻的成就，因为实验室以前从未制造过超过五层白云石。

研究人员与日本北海道大学合作，利用透射电子显微镜进行实验，以验证他们的理论：水可以从实验室培养的白云石中去除缺陷。

白云石的生长边缘由钙和镁交替排列组成，在水中，钙和镁原子会随机附着在生长的晶体上，经常产生阻碍白云石进一步形成的缺陷。

研究人员利用密歇根大学预测结构材料科学（PRISMS）中心开发的先进模拟和软件，准确计算了原子间相互作用的能量，并模拟了白云石在地质时间尺度上的生长。这种计算方法提供了一种捷径，使得能够详细研究白云石的生长过程。

在实验室成功培育出白云石不仅解决了地质之谜，还具有重要的意义。了解白云石生长的机制可能会为促进现代技术材料的晶体生长提供新的策略。从白云石难题中得到的经验教训可能有助于工程师制造出更高质量的半导体材料、太阳能电池板、电池和其他技术材料。