新聞動態(tài)張?zhí)扃?、陶奇?JGR-Planets：環(huán)境CO?與硅協(xié)同調控火星蒙皂石形成新機制
火星次生礦物作為水-巖石-大氣相互作用的直接產物，是揭示火星古氣候環(huán)境演化和宜居性潛力的關鍵媒介。遙感探測顯示，諾亞紀至早西方紀的火星表面廣泛分布鎂鐵質蒙皂石，而同期大氣CO2本應驅動碳酸鹽大規(guī)模沉積，但后者僅零星出露。這一“碳酸鹽缺失之謎”長期制約著對火星早期溫室效應維持機制及碳循環(huán)過程的理解。
針對這一科學問題，中國科學院廣州地球化學研究所張?zhí)扃┦?、陶奇研究員（通訊作者）、何宏平研究員團隊通過模擬火星古環(huán)境的水熱實驗，提出反向風化礦物轉化機制，揭示了環(huán)境硅（Si）濃度與大氣CO2對次生礦物演化的協(xié)同控制作用，并提出水滑石介導的碳源-碳匯轉換新機制。
研究發(fā)現，環(huán)境Si濃度梯度控制礦物相變序列（圖1-2）。在低硅環(huán)境中，大氣CO2深度參與形成CO32-類型的鎂鐵水滑石（化學式：Mg?Fe?(OH)??CO?·4H?O），其XRD特征峰（7.82 ?）及紅外吸收（1380 cm?1）證實其為火星潛在碳酸鹽庫；而在中高硅濃度環(huán)境，硅氧低聚陰離子將與CO32-競爭插層進入水滑石層間，隨后經離子溶解、類質同像置換等復雜過程轉化為蛇紋石（7.57 ?層間距）和蒙皂石（14.79 ?層間距）。這一轉化機制導致原本固定在礦物中的CO2重新釋放到大氣中，從而實現了“碳匯-碳源”的角色轉變（圖2）。該轉化路徑合理解釋了火星表面碳酸鹽稀缺性與蒙皂石優(yōu)勢性共存現象，并為早期火星通過間歇性CO?釋放維持溫室效應提供了新思路。
進而，作者提取了火星Nili Fossae、Stokes撞擊坑和Ladon盆地等區(qū)域表面次生礦物的CRISM遙感近紅外光譜。經與合成樣品及標準光譜庫類似礦物光譜比對，提出基于1.95?μm+2.48?μm+2.53?μm組合光譜特征識別火星水滑石的判定依據（圖3），為未來探測任務的目標篩選提供了重要參考。
本研究受國家自然科學基金（42272038，42072044）和廣東省科技計劃（2020B1212060055）等項目聯(lián)合資助。相關成果近期在線發(fā)表在國際學術期刊Journal of Geophysical Research: Planets。
論文信息：Zhang,?Tianqi（張?zhí)扃??Tao,?Qi*（陶奇）;?Qin,?Xiaorong（秦效榮）;?Wu,?Yuchun（武雨純）;?Xi,?Jiaxin（席佳鑫）;?Liang,?Xiaoliang（梁曉亮）, He,?Hongping（何宏平）, Komarneni,?Sridhar. (2025). Martian smectites formation regulated by environmental CO2?and Si. Journal of Geophysical Research: Planets, 130, e2024JE008619. https://doi.org/10.1029/2024JE008619
圖1. 不同Si濃度下次生礦物的XRD圖。
注：P-pyroaurite；L-利蛇紋石；H-赤鐵礦；S-蒙脫石；AMS-無定形二氧化硅。數字表示以埃為單位的晶面間距。
圖2. 硅調控作用下水滑石（體系中為pyroaurite）向利蛇紋石（lizardite）及鎂鐵蒙脫石（MgFe-smectite）轉化的概念模型。二氧化碳最初被固定在水滑石結構中，最后被重新釋放到環(huán)境。
圖3.?火星疑似水滑石出露區(qū)域的CRISM近紅外數據解析。
（a）FRT000128EA的假彩色圖像；（b）FRT000093BE的假彩色圖像；（c）FRT0000ADA4的假彩色圖像；（d）Ladon Basin、Nili Fossae和Stokes Crater地區(qū)、本研究（彩色）和標準光譜庫（黑色，源自PDS、ECOSTRESS和USGS數據庫）類似礦物光譜特征對比。
