类型b
作者与期刊信息
这篇论文由Robert M. Hazen（卡内基科学研究所地磁实验室）、Dimitri A. Sverjensky（约翰霍普金斯大学地球与行星科学系）等多位学者共同撰写，发表于《American Mineralogist》期刊2013年第98卷。论文探讨了粘土矿物的演化过程及其在地球历史中的作用。
主题与背景
本文的主题是粘土矿物（clay minerals）的演化历史。粘土矿物作为一类重要的层状硅酸盐矿物，在地球表面环境中扮演着关键角色。它们不仅是地质、化学和生物过程的重要产物，也是研究地球矿物学历史的关键对象。论文通过分析粘土矿物的形成机制、分布变化以及与地球系统各圈层（如地圈、水圈和生物圈）的相互作用，揭示了其在地球45.67亿年演化史中的重要地位。此外，粘土矿物的研究对理解火星等地外天体的近地表环境演化也具有重要意义。
主要观点与支持证据
粘土矿物的形成始于太阳系星云阶段后的水化蚀变过程。论文指出，在地球吸积之前，粘土矿物并不存在；然而，在吸积过程中，碳质球粒陨石（carbonaceous chondrites）经历了低温（<100°C）水化蚀变，形成了最早的镁铁质粘土矿物，例如蛇纹石（serpentine）和皂石（saponite）。这些矿物的形成标志着粘土矿物演化的第一阶段（Stage 2）。
支持证据包括：
- 对碳质球粒陨石的研究表明，其中含有大量蛇纹石和皂石类矿物。
- 在火星古代地壳中检测到类似的粘土矿物，进一步验证了这一阶段的普遍性。
在地球分化后（约4.55 Ga），超镁铁质和玄武质地壳的水化蚀变成为粘土矿物形成的主要机制。这一阶段（Stage 3）以三八面体铁镁粘土矿物（如蛇纹石、滑石和绿泥石）为主，反映了当时还原性近地表环境的特点。
支持证据包括：
- 橄榄石和辉石的水化反应生成了蛇纹石和滑石，这是早期粘土矿物形成的主要途径。
- 玄武岩与海水的相互作用导致了蒙脱石（montmorillonite）和皂石的广泛形成。
花岗岩化（granitization）标志着粘土矿物多样性的显著增加（Stage 4）。随着花岗岩原大陆的出现，铝硅酸盐矿物（如长石和云母）的风化和蚀变产生了大量的二八面体铝质粘土矿物（如高岭石kaolinite和伊利石illite）。
支持证据包括：
- 高岭石通常由云母和长石的水热蚀变形成，其反应路径已被多项研究所证实。
- 复杂伟晶岩（pegmatite）的蚀变还生成了一些罕见的锂、铍、硼矿物，如锂皂石（swinefordite）和锂绿泥石（cookeite）。
板块构造的启动（Stage 5）极大地促进了粘土矿物的多样化。俯冲带的流体-岩石相互作用、造山运动以及深部变质岩的暴露为粘土矿物的形成提供了新的条件。例如，绿片岩相变质岩中富含绿泥石族矿物（chlorite-group minerals），如斜绿泥石（clinochlore）和镍绿泥石（nimite）。
支持证据包括：
- 板块构造导致了锰矿和镍矿的变质作用，从而形成了特定的锰绿泥石（pennantite）和镍绿泥石。
- 海洋沉积物的自生作用（authigenesis）也促进了伊利石和蒙脱石的形成。
随着陆地生物圈的兴起（Stage 10），生物介导的风化作用显著增加了粘土矿物的生成速率。植物、真菌和微生物的活动改变了土壤的化学性质，促进了特定粘土矿物（如蒙脱石和蛭石vermiculite）的形成。
支持证据包括：
- 实验研究表明，生物风化作用可使粘土矿物的生成速率提高一个数量级。
- 生物介导的粘土矿物可能具有独特的元素组成，这为生命起源的研究提供了线索。
论文还强调了粘土矿物在火星研究中的重要性。火星古代地壳中的粘土矿物记录了该星球早期近地表环境的演化历史，特别是水的存在和化学风化过程。
支持证据包括：
- 火星探测器发现的粘土矿物（如蒙脱石和绿泥石）与地球上早期形成的矿物相似。
- 冲击事件引发的热液活动可能是火星粘土矿物形成的重要机制之一。
论文的意义与价值
本文通过详细梳理粘土矿物的演化历史，揭示了其在地球矿物学、地质学和生物学研究中的核心地位。粘土矿物不仅是地球化学循环的重要参与者，也是探索生命起源和地外环境的关键工具。论文提出的“矿物演化”概念将矿物学置于动态的历史框架中，为理解地球及其他行星的演化提供了全新的视角。此外，研究结果对资源勘探（如铝土矿bauxite的形成）和环境科学（如土壤形成与风化过程）具有重要的应用价值。
亮点与创新点
1. 提出了粘土矿物演化的十个阶段，系统总结了其形成机制和分布规律。
2. 强调了板块构造和生物圈对粘土矿物多样化的深远影响。
3. 将粘土矿物的研究扩展到火星等地外天体，展示了其在行星科学中的潜力。
4. 结合实验数据和理论模型，提出了多种粘土矿物形成的反应路径，为未来研究提供了基础。