冻融对水铁矿演化方向影响被揭示

　　本报济南7月16日电(记者冯帆、宋喜群)物质在冰点上下波动而发生冻结与融化交替的现象被称为冻融。长期以来，科学界对冻融过程的认知停留在“低温让反应变慢”的层面，认为冻结不过是给矿物反应按下了“暂停键”。近日，山东师范大学化学化工与材料科学学院罗涛教授团队发表研究论文，彻底颠覆了这一传统认识——研究团队首次发现单次冻融循环即可诱导水铁矿纳米颗粒发生不可逆聚集，并将其后续转化路径由针铁矿转向赤铁矿。

　　水铁矿是自然界中普遍存在的纳米矿物，直径仅约5纳米，它既是许多铁矿物形成前的“前驱体”，也是吸附重金属、磷和有机碳的“超级海绵”。在本次研究中，研究团队发现冻结本身就是一个主动的“化学反应器”。

　　“当水结冰时，冰晶像一双无形的手，把水铁矿纳米颗粒挤到冰晶之间极薄的液态边界层中，那是一个仅有几十到几百纳米厚的狭小空间。在那里，颗粒经历脱水、压缩和表面羟基反应，形成稳定的化学键连接，就像被焊接在一起，再也无法分开。”罗涛介绍。

　　这种由物理限域和化学键合共同驱动的过程，彻底改变了水铁矿的转化“轨迹”，原本容易通过溶解再沉淀形成针铁矿，现在却被“掰”到了固相重排形成赤铁矿的新路上。一次冻融，改变了矿物未来数月甚至更长时间的演化方向。

　　该研究对于加深人类对地球环境运行规律的认知、理解地球元素循环运转逻辑具有重要意义。在全球变暖导致冻土退化、冰川消融、冻融频率和强度加剧的背景下，这一发现为理解寒区铁循环、碳封存以及污染物迁移提供了全新的理论框架。气候变化不仅让冻土融化释放物质，冻结过程本身也在提前“预设”这些矿物载体的命运。

　　“过去，人们通常通过分析地层中针铁矿、赤铁矿等铁矿物的组成和比例来推断古代气候环境条件，而我们的研究表明，冻融过程可能对铁矿物形成路径具有重要的选择性。因此，在利用铁矿物指标开展古气候重建时，未来可能需要将冻融环境作为一个重要影响因素纳入解释框架。”罗涛说。