近日，中国科学院院士、中国科学院广州地球化学研究所研究员何宏平团队的秦效荣博士和谭伟副研究员等研究揭示了玄武岩风化过程中水环境对富铝赤铁矿形成的制约机制。相关成果发表于《美国矿物学家》（American Mineralogist）。

玄武岩风化过程中不同成分特征赤铁矿的成因模型。研究团队供图

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火星因其表面广泛分布的赤铁矿等铁氧化物呈现独特的红色景观，称为“红色的星球”，赤铁矿的结晶度、粒度和晶体形态会受到其结晶过程中的物理化学条件如降雨量、温度等因素的制约。此外，火星车和地面望远镜的观测结果显示火星表面某些地区中可能存在富铝赤铁矿，可能成为破解该星球古水文环境的关键线索。然而，目前对玄武岩化学风化过程中有利于富铝赤铁矿形成和稳定保存的特定水环境仍知之甚少。

针对该问题，研究人员结合X射线衍射和可见光-近红外反射光谱等手段对我国海南玄武岩化学风化壳中富铝赤铁矿进行了系统研究，发现水动力学条件对铝赤铁矿的形成和保存起到了关键的控制作用。在饱水带环境中，缓慢的水流速度不利于硅元素的淋失，促使硅和铝结晶沉淀为黏土矿物，抑制了铝进入赤铁矿晶体结构，从而形成贫铝赤铁矿；包气带快速水流速促进了硅元素强烈淋失，为铝进入赤铁矿晶体结构创造了有利条件；表土层长期水环境引发重结晶作用，驱动富铝赤铁矿向贫铝赤铁矿转变。

该研究不仅揭示了玄武岩风化过程中水环境对富铝赤铁矿形成和保存的制约机制，同时也为认识火星水环境和古气候提供了新的视角。基于“地球-火星类比”研究范式，火星表面可能存在的富铝赤铁矿指示该星球早期曾经历高流速、短暂性的水环境，如灾难性洪水事件。

该研究成果不仅深化了对表生地球化学过程的认识，更为我国后续火星探测任务（如天问三号）的矿物解译提供了科学依据。

相关论文信息：https://doi.org/10.2138/am-2024-9374