新聞動(dòng)態(tài)張?zhí)扃?、陶奇?ACS：基于礦物組合揭示火星水環(huán)境演化
?火星表面的次生礦物是水、巖石與大氣相互作用的產(chǎn)物，是揭示火星古氣候環(huán)境演變和宜居潛力的關(guān)鍵載體。長(zhǎng)期以來(lái)，學(xué)界將蒙皂石的廣泛分布作為早期火星處于中堿性環(huán)境的重要證據(jù)。然而，后續(xù)研究表明蒙皂石在酸性環(huán)境下同樣可以形成，這凸顯了單一礦物指標(biāo)在反演古環(huán)境時(shí)存在顯著的多解性與局限性。因此，多礦物組合的特征入手，能為古環(huán)境重建提供更可靠的依據(jù)。
?針對(duì)這一科學(xué)問題，中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所何宏平研究員團(tuán)隊(duì)的張?zhí)扃┦亢吞掌嫜芯繂T（通訊作者）開展了模擬火星環(huán)境的水熱實(shí)驗(yàn)研究。通過(guò)系統(tǒng)探究在寬pH范圍（pH=4-13）下形成的蒙皂石及其共生礦物組合，研究建立了“蒙皂石元素組成、沸石物相/結(jié)構(gòu)與環(huán)境酸堿性”之間的系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，突破了以往依賴單一礦物相進(jìn)行環(huán)境推斷的局限。主要認(rèn)識(shí)包括：
1.?蒙皂石-沸石組合可作為環(huán)境堿性強(qiáng)度的有效指標(biāo)
?隨著環(huán)境pH值由中性向強(qiáng)堿性升高，共生礦物呈現(xiàn)清晰的演化序列：蒙皂石→蒙皂石+戈沸石（gobbinsite）+方沸石（立方體）→蒙皂石+十字沸石（phillipsite）+方沸石（立方體和四角三八面體聚型）（圖1，2）。針對(duì)火星探測(cè)中沸石識(shí)別難度大的問題，本研究指出拉曼光譜能通過(guò)識(shí)別硅氧骨架中T-O-T對(duì)稱彎曲振動(dòng)模式（圖3），有效彌補(bǔ)可見光-近紅外反射光譜（VNIR）在該類礦物鑒定上的不足。
2.?蒙皂石的晶體化學(xué)特征受環(huán)境酸堿度控制
?在酸性條件下，Al優(yōu)先占據(jù)蒙皂石晶格，進(jìn)而調(diào)控Fe是以類質(zhì)同象形式進(jìn)入蒙皂石結(jié)構(gòu)，還是獨(dú)立形成赤鐵礦、針鐵礦等氧化物。在氧化性酸性環(huán)境中，蒙皂石內(nèi)Fe/Mg比值升高，其晶體學(xué)上表現(xiàn)為（06l）晶面間距隨pH升高而增大（圖4）。該趨勢(shì)與火星遙感數(shù)據(jù)結(jié)果中蒙皂石普遍呈現(xiàn)高Fe/Mg比的現(xiàn)象高度吻合，為理解火星蒙皂石與母巖成分之間的分異機(jī)制提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
3.?蒸發(fā)鹽礦物保存環(huán)境極為敏感，影響環(huán)境解釋與樣品保存
?實(shí)驗(yàn)顯示，當(dāng)環(huán)境從火星典型的極地氣壓、寒冷、干燥轉(zhuǎn)變?yōu)槭覝爻旱厍驐l件時(shí)，蒸發(fā)鹽類會(huì)發(fā)生顯著的相變，例如Na2SO4-Ⅲ型向Na2SO4-V型轉(zhuǎn)變；以及六水鎂釩（MgSO4·6H2O）向鈉鎂礬（Na2Mg(SO4)2?·?4H2O）轉(zhuǎn)化。這種不穩(wěn)定性不僅對(duì)基于鹽類礦物的古環(huán)境重建提出挑戰(zhàn)，也對(duì)未來(lái)火星采樣返回任務(wù)中樣品的封裝與長(zhǎng)期保存提出了重要警示。
?該研究通過(guò)多礦物組合的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)分析，為火星水巖相互作用歷史及古水環(huán)境酸堿性演化提供了新的判別依據(jù)。研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（42272038）和廣東省科技計(jì)劃（2020B1212060055）等項(xiàng)目的資助。相關(guān)成果發(fā)表于國(guó)際黏土礦物學(xué)期刊《Applied Clay Science》。
?文章信息：Zhang,?Tianqi（張?zhí)扃??Tao,?Qi*（陶奇）;?Bao,?Jinming（鮑金銘）;?Liang,?Xiaoliang（梁曉亮）, He,?Hongping（何宏平）. (2026). Mineral assemblages with smectites in simulated basalt alteration: implications for Martian aqueous environments. Applied Clay Science, 283, 108120. https://doi.org/10.1016/j.clay.2026.108120.
圖1. 實(shí)驗(yàn)樣品的XRD 衍射圖譜
圖2. 幾種沸石的掃描電鏡圖（a.戈沸石；b.十字沸石；c和d.方沸石）
圖3. 沸石的拉曼光譜特征
圖4. 蒙皂石d06l值隨pH值變化的圖表
