在国家自然科学基金、广东省科技计划等项目资助下，中国科学院广州地球化学研究所研究员何宏平团队中的张天琦博士与陶奇研究员，借助矿物组合成功揭示火星水环境的演化历程。相关研究成果发表于《应用粘土科学》（Applied Clay Science）。

火星表面的次生矿物，作为水、岩石与大气相互作用的产物，是探寻火星古气候环境演变轨迹以及评估其宜居潜力的关键线索。长期以来，学界普遍将蒙皂石在火星表面的广泛分布，视作早期火星处于中碱性环境的重要依据。然而，后续研究揭示，蒙皂石在酸性环境下同样能够形成，这一发现凸显了单一矿物指标在反演古环境时存在明显的多解性与局限性。因此，从多矿物组合特征入手，能够为古环境重建提供更为可靠的依据。

矿物演化序列中形成的沸石扫描电镜图（a戈沸石；b十字沸石；c和d方沸石）。研究团队供图

针对上述科学问题，研究人员精心开展了模拟火星环境的水热实验研究。通过全面探究在宽pH范围（pH=4-13）内形成的蒙皂石及其共生矿物组合，成功构建起“蒙皂石元素组成、沸石物相/结构与环境酸碱性”之间的系统关联，有效突破了以往单纯依赖单一矿物相进行环境推断的局限。主要研究成果包括：蒙皂石-沸石组合可作为判断环境碱性强度的有效指标；蒙皂石的晶体化学特征受环境酸碱度严格控制；蒸发盐矿物对保存环境极为敏感，会显著影响环境解释与样品保存等。

随着环境pH值从中性向强碱性逐渐升高，共生矿物呈现出清晰的演化序列：蒙皂石→蒙皂石+戈沸石（gobbinsite）+方沸石（立方体）→蒙皂石+十字沸石（phillipsite）+方沸石（立方体和四角三八面体聚型）。针对火星探测中沸石识别难度较大的问题，该研究指出拉曼光谱能够通过识别硅氧骨架中的T-O-T对称弯曲振动模式，有效弥补可见光-近红外反射光谱（VNIR）在鉴定该类矿物方面的不足。

在酸性条件下，Al会优先占据蒙皂石晶格，进而调控Fe是以类质同象形式进入蒙皂石结构，还是独立形成赤铁矿、针铁矿等氧化物。在氧化性酸性环境中，蒙皂石内Fe/Mg比值升高，从晶体学角度来看，表现为（06l）晶面间距随pH升高而增大。这一趋势与火星遥感数据结果中蒙皂石普遍呈现高Fe/Mg比的现象高度吻合，为深入理解火星蒙皂石与母岩成分之间的分异机制提供了坚实的实验依据。

实验还表明，当环境从火星典型的极地气压、寒冷、干燥条件转变为室温常压的地球条件时，蒸发盐类会发生显著的相变。例如，Na₂SO₄-Ⅲ型会向Na₂SO₄-V型转变；六水镁钒（MgSO₄·6H₂O）会向钠镁矾（Na₂Mg(SO₄)₂·4H₂O）转化。这种不稳定性不仅给基于盐类矿物的古环境重建工作带来挑战，也为未来火星采样返回任务中样品的封装与长期保存工作敲响了重要警钟。

该研究通过系统实验分析多矿物组合，为火星水岩相互作用历史以及古水环境酸碱性演化提供了全新的判别依据，有望推动火星古环境研究迈向新的高度。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.clay.2026.108120