锰氧化物演化及矿物多样性形成机制获揭示

近日，中国科学院广州地球化学研究所研究员朱建喜团队在锰氧化物矿物演化及多样性形成机制研究中取得重要进展。依托同步辐射X射线衍射等先进表征技术，团队发现，在相同溶液化学条件下，不同结晶度的层状水钠锰矿可沿不同路径发生相变，形成多种锰氧化物矿物，表明矿物自身结构性质是调控其演化路径的关键因素。相关成果发表于《国家科学评论》（National Science Review）。

表生环境中锰的氧化还原循环与锰氧化物矿物多样性的潜在形成机制。研究团队供图

锰氧化物广泛分布于土壤、淡水和海洋沉积物中，在多种生物地球化学循环中发挥重要作用。自然界已发现30余种锰氧化物矿物，其晶体结构与组成差异显著，但形成与演化机制尚缺乏系统认识。层状水钠锰矿是自然界最常见的锰氧化物之一，也是最主要的生物成因类型。以往研究普遍认为，水钠锰矿与Mn(II)等还原性物质反应可转化为黑锰矿、水锰矿等，转化路径及产物主要受pH、Mn(II)浓度等溶液化学条件控制。然而，已有实验获得的转化产物类型有限，难以解释天然锰氧化物的高度多样性，而前驱体自身结晶度等性质在转化过程中的作用长期被忽视。

针对该问题，朱建喜团队博士后文科及合作者在国家自然科学基金、广东省自然科学基金等项目资助下，合成了三种具有不同结晶度及粒径的层状水钠锰矿，并在相同Mn(II)溶液条件下开展转化实验。结果显示，三种前驱体表现出截然不同的演化路径：低结晶度水钠锰矿转化为锰钾矿，中等结晶度样品转变为钙锰矿，高结晶度样品则主要形成拉锰矿。