近日，中国科学院广州地球化学研究所研究员陶奇/何宏平团队提出反向风化矿物转化机制，揭示了环境硅浓度与大气二氧化碳对次生矿物演化的协同控制作用，并提出水滑石介导的碳源-碳汇转换新机制。相关成果在线发表于《地球物理研究杂志：行星》（Journal of Geophysical Research：Planets）。
火星次生矿物作为水-岩石-大气相互作用的直接产物，是揭示火星古气候环境演化和宜居性潜力的关键媒介。遥感探测显示，诺亚纪至早西方纪的火星表面广泛分布镁铁质蒙皂石，而同期大气二氧化碳本应驱动碳酸盐大规模沉积，但后者仅零星出露。这一“碳酸盐缺失之谜”长期制约着对火星早期温室效应维持机制及碳循环过程的理解。
硅调控作用下水滑石向利蛇纹石及镁铁蒙脱石转化的概念模型。研究团队供图
研究人员在国家自然科学基金等项目的支持下，开展了模拟火星古环境的水热实验。研究发现，环境硅浓度梯度控制矿物相变序列。在低硅环境中，大气二氧化碳深度参与形成碳酸根离子-类型的镁铁水滑石，其XRD特征峰及红外吸收证实其为火星潜在碳酸盐库；而在中高硅浓度环境，硅氧低聚阴离子将与碳酸根离子-竞争插层进入水滑石层间，随后经离子溶解、类质同像置换等复杂过程转化为蛇纹石和蒙皂石。这一转化机制导致原本固定在矿物中的二氧化碳重新释放到大气中，从而实现了“碳汇-碳源”的角色转变。该转化路径合理解释了火星表面碳酸盐稀缺性与蒙皂石优势性共存现象，并为早期火星通过间歇性二氧化碳释放维持温室效应提供了新思路。
此外，研究团队进一步提取了火星Nili Fossae、Stokes撞击坑和Ladon盆地等区域表面次生矿物的CRISM遥感近红外光谱数据。通过与合成样品及标准光谱库中类似矿物的光谱进行比对分析，他们提出了基于1.95 μm、2.48 μm和2.53 μm组合光谱特征识别火星水滑石的判定依据。
火星疑似水滑石出露区域的CRISM近红外数据解析。研究团队供图
该研究成果为未来火星探测任务的目标筛选提供了重要参考，有助于科学家们更加精准地定位火星上的潜在碳酸盐库和水滑石分布区域，从而进一步推动对火星古气候环境演化和宜居性潜力的研究。
相关论文信息：https://doi.org/10.1029/2024JE008619
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