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CO2和紫外光条件下Fe(Ⅱ)/Fe(III)硫酸盐溶液的蒸发：对火星的意义

11、月球与行星科学 > 专题4：火星表面环境和地质过程

周迪圣1,2，王夕予1,2，赵宇鴳1,2，李东东4，李雄耀1,3，王世杰1
1中国科学院地球化学研究所，贵阳，550081（zhaoyuyan@mail.gyig.ac.cn）。
2中国科学院大学，北京，10049。
3中国科学院比较行星学卓越创新中心。
4中国科学院青海盐湖所，西宁，810008。

在子午线平原和盖尔撞击坑[1,2]的沉积岩中检测到Fe（III）的硫酸盐，并且Fe2+/Fe3+的氧化还原性被认为是控制火星盐溶液演化和矿物形成的关键，并且可能是揭示火星古气候和宜居性的关键[例如, 3,4]。
我们实验研究了在25℃时，铁硫酸盐溶液蒸发时的溶液演化和最终产物。五种具有不同氧化还原态的硫酸盐溶液（摩尔比Fe2+/FeT= 0，0.25，0.5，0.75，1；FeT = 500 mM）和三种光照/大气组合条件（即自然光/CO2; UV254nm/CO2，UV254nm/地球大气），系统地实验以确定对最终产物组合的可能影响。
初始溶液中不同Fe2+/Fe3+比值的最终蒸发产物的结晶相出现系统性变化，在自然光/CO2条件下。仅含Fe2+的实验沉淀出了Melaniterite（FeSO4·7H2O），并且仅含Fe3+的盐溶液沉淀出Rhomboclase和Ferricopiapite（（H5O2）Fe（SO4）2·2H2O和Fe0.69Fe4（SO4）6（OH）2·20H2O）。在Fe2 +/Fe3 +混合盐溶液中，Rozenite（FeSO4·4H2O）是主要的Fe2+相。Rhomboclase是FeII-25％和FeII-75％实验的Fe3+相，Rhomboclase和Ferricopiapite是Fe-50％实验的主要Fe3+相。XRD分析显示还存在少量非晶质相，富含O（或OH/H2O）并且通常缺乏S，可能是由Fe3+水解导致的。
在紫外线照射和二氧化碳和地球大气条件下，仅含Fe3+的实验产生凝固的胶体， XRD结果显示这种胶体是非晶质的，但SEM/TEM/EDS的结果显示，在胶体基质中存在纳米大小的Ferricopiapite。另外，胶体基质的组成与Rhomboclase组成类似。在仅含Fe2+的实验中，二氧化碳和地球大气条件下均出现了铁的氧化物ferrihydrite，地球大气条件下，胶体，Ferrihydrite(Fe10O14(OH)2), Schwertmannite（(Fe16O16(OH)12(SO4)2）,H3O-jarosite表现出了一定的结晶序列。Fe-50％实验中，二氧化碳气体条件下，没有发现铁的氧化物，但是在地球大气条件下，胶体表面开始出现结晶。

[1] Klingelhofer et al. (2004) Science 306, 1740-1745. [2] Rampe et al. (2017) EPSL 471, 172-185. [3] Hurowitz et al. (2017) Science 356 (6341). [4] Tosca et al. (2018) Nat.Geoscience 11(9).