2018年10月8日，国际地学权威期刊《Geology》在线发表了题为“A new model for transformation of ferrihydrite to hematite in soils and sediments”（沉积物中水铁矿-赤铁矿转化的新模型）的研究成果。此项成果由中国海洋大学海底科学与探测技术教育部重点实验室姜兆霞副教授与国内外学者共同合作完成，姜兆霞副教授为第一作者。

古地磁场演化机制和全球环境气候变化是地球系统科学研究的重要前沿课题。而磁性矿物是二者研究的基础，它们的形成、运移和保存与环境因素密切相关，因此可以利用自然介质中（如海相和陆相沉积物）磁性矿物的性质变化来研究相应的环境气候变化。水铁矿是自然界中（土壤、沉积物）广泛存在的亚稳态纳米铁氧化物，一般以超顺磁状态存在，是很多铁氧化物形成的前驱矿物。弱磁性的水铁矿向强磁性矿物的转化是自然界土壤或沉积物磁性增强的一个主要原因。关于水铁矿-赤铁矿转化过程，前人提出了一个经典三阶段模型，水铁矿→类磁赤铁矿→赤铁矿，其中，中间产物类磁赤铁矿是土壤或沉积物中磁性增强的重要因素，主要发生在模型的第一阶段。在该模型的基础上，前人认为类磁赤铁矿和赤铁矿的相对含量受气候因素控制。因此，这两种矿物含量可以作为气候和环境指标。

但是，实验室姜兆霞副教授等学者研究发现该转化过程并不是简单的三阶段模型，存在更为复杂的过程。他们基于多次重复的模拟实验，发现了前期模型中未考虑的另外两个反应阶段（图1），从根本上改变了传统模型的解释。透射电镜结果给出了更直观的五阶段矿物转化过程（图2）。

图1. 根据磁学结果得到的五阶段模型

图2. 五阶段样品的透射电镜结果，其中黄色、红色和橙色箭头分别指示水铁矿、赤铁矿和磁赤铁矿晶环

与此同时，他们认为磁赤铁矿主要形成于第四阶段，而不是前人认为的第二阶段，这对于讨论沉积物中磁性增强机制具有重要的指示意义。同时为利用磁性矿物含量进行古气候演化探讨提供了新的模型。另外，赤铁矿和磁赤铁矿是火星土壤的主要致色矿物，该转化机制为火星的古气候研究提供了新思路。

Jiang, Z., Liu, Q., Roberts, A.P., Barrón, V., Torrent, J., Zhang, Q., 2018. A new model for transformation of ferrihydrite to hematite in soils and sediments. Geology 46, 987-990.

文章链接：https://doi.org/10.1130/G45386.1