火星因其表面广泛分布的赤铁矿等铁氧化物呈现独特红色景观，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特殊环境中可能出现富铝赤铁矿，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富铝赤铁矿形成和稳定保存的特定条件仍知之甚少。

针对这一科学问题，中国科学院广州地球化学研究所研究员何宏平院士团队结合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，揭示了水动力学条件对铝赤铁矿形成和保存起到了关键的控制作用（图1）：在饱水带环境中，缓慢的水流速度抑制硅元素淋失，促使硅和铝沉淀为黏土矿物形成，从而抑制铝进入赤铁矿晶体结构；包气带快速水流促进硅元素强烈淋滤，为铝进入赤铁矿晶体结构创造有利条件；表土层长期水环境引发重结晶作用，导致富铝赤铁矿向贫铝型转变。

上述发现不仅揭示了玄武岩风化过程中水环境对富铝赤铁矿形成的成因，同时也为认识火星水环境和古气候提供了新的视角。基于地球地质过程与火星观测的对比研究，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、短暂性的特殊水环境，因此，富铝赤铁矿的存在支持“火星早期存在灾难性洪水事件”的假说。该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（如天问系列）的矿物解译提供了科学依据。

相关成果近期以题为“Heterogeneous distribution of Al-hematite regulated by hydrologic regime in a basaltic laterite of Hainan Island, South China: Implications for the aqueous history of Mars”发表于国际学术期刊American Mineralogist。国科大博士毕业生秦效荣（培养单位：中国科学院广州地球化学研究所）为第一作者，国科大研究生导师、中国科学院广州地球化学研究所副研究员谭伟为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金（41921003，42302264）、国家杰出青年科学基金（41825003）、中国科学院青年创新促进会（2023369）等项目的联合资助。

论文链接：https://doi.org/10.2138/am-2024-9374

图1 玄武岩风化过程中不同成分特征赤铁矿的成因模型