在不同程度的蛇纹石化榴辉岩中低温（100°C–300°C）条件下制备磁铁矿

《Geochemistry, Geophysics, Geosystems》：Low-Temperature (100°C–300°C) Magnetite Production in Variably Serpentinized Lherzolites

通过实验研究超镁铁岩中蛇纹石化过程中磁铁矿的形成，发现100-300°C均可生成磁铁矿，300°C产量最高，且初始磁铁矿含量与新生磁铁矿呈正相关，暗示磁铁矿催化作用。研究为天然氢气生成机制提供新证据。

　　在地球科学领域，关于橄榄岩的蛇纹石化过程的研究近年来重新受到重视，主要是因为其与天然氢气生成的潜在联系。蛇纹石化是一种岩石在水和高温作用下发生的矿物转变过程，主要发生在镁铁质和超镁铁质岩石中。这一过程不仅改变了岩石的矿物组成，还可能释放出氢气，这种氢气作为一种低碳能源，具有重要的地质和环境意义。此外，蛇纹石化过程中产生的磁铁矿是研究这一过程的重要指标，因为它能够通过磁学方法被检测，并且具有独特的磁性特征。

磁铁矿是一种铁氧体矿物，其磁性使得它在地质研究中成为一种有价值的工具。磁铁矿的饱和剩磁约为100安培·平方米/千克，体积磁化率大约为1 SI（无量纲）。这些特性使得磁铁矿在不同尺度上都能被检测到，例如在空中磁异常数据中可以用来推断蛇纹化程度。在岩石样品尺度上，通过磁化率、剩磁等磁学参数可以分析磁铁矿的形成过程。相比化学方法，磁学方法具有更高的灵敏度，可以检测到几亿分之一（ppb）级别的磁铁矿含量，且非破坏性，适合在低温下进行研究。

尽管蛇纹石化过程中磁铁矿的形成已经被广泛研究，但大多数实验仍局限于粉末样品，而本研究则首次尝试在固体岩石样本中进行磁学监测，以更接近自然条件。通过使用弱磁场和控制温度，研究人员能够在实验过程中记录磁铁矿的形成过程。这一方法的创新性在于，它能够区分初始磁铁矿和新形成的磁铁矿，从而为研究蛇纹石化过程中的氧化还原反应提供新的视角。

在实验设计中，研究人员选取了五个不同蛇纹化程度的橄榄岩样本，包括来自法国比利牛斯山脉的Lherz、Moncaup、Turon de la Técouère、Saraillé和Urdach地区。这些样本的磁化率和密度差异显著，表明蛇纹化程度的多样性。例如，Saraillé样本的磁化率极高，显示出极高的蛇纹化程度，而Lherz样本的磁化率较低，表明其蛇纹化程度较低。这些样本的处理和分析为理解蛇纹化对磁铁矿形成的影响提供了基础。

实验中，研究人员在100°C、200°C和300°C的温度下对样本进行加热，并记录磁化率的变化。结果显示，磁铁矿的形成在100°C时就开始了，且与初始磁铁矿含量密切相关。在300°C的实验中，磁铁矿的生成量比在100°C和200°C时高出一个数量级，这表明在较高温度下，磁铁矿的形成更为显著。此外，对于初始磁铁矿含量较高的样本，实验中磁铁矿的生成量也相应增加，这可能意味着磁铁矿在蛇纹化过程中起到了催化剂的作用，促进了磁铁矿的进一步生成。

磁铁矿的形成过程可以通过磁学方法进行监测，如磁化率测量和剩磁分析。磁化率测量不仅能够提供关于岩石磁性状态的信息，还能帮助确定磁铁矿的分布情况。剩磁分析则可以揭示磁铁矿的形成机制，包括其磁性行为和粒径分布。通过这些方法，研究人员能够区分磁铁矿与其他磁性矿物，并评估其在不同蛇纹化程度下的生成情况。

实验结果表明，磁铁矿的形成在蛇纹化过程中是一个重要的现象，特别是在低温条件下。这一发现对于理解地球内部的氢气生成机制具有重要意义。在自然条件下，蛇纹化可能发生在地壳较浅的区域，温度较低，而磁铁矿的形成则可能在这些条件下发生，从而为研究天然氢气的来源提供了新的线索。

本研究的成果不仅有助于理解蛇纹化过程中磁铁矿的形成机制，还为未来的研究提供了新的方向。例如，可以进一步探讨磁铁矿在不同地质条件下的行为，以及其对氢气生成的影响。此外，通过改进实验方法，如控制氧逸度和水蒸气浓度，可以更精确地模拟自然条件下的蛇纹化过程，从而更全面地了解其对地球环境和能源的影响。这些研究不仅对地质学有重要意义，还可能对地球化学、环境科学和能源开发等领域产生深远影响。