火星杰泽罗陨石坑中铁磷酸盐矿物的发现揭示古老宜居环境

研究人员通过火星2020毅力号探测器在杰泽罗陨石坑的Onahu露头中首次原位鉴定出Fe3+磷酸盐矿物（如变蓝铁矿、铁劳埃石等），揭示了其可能由还原性环境中的蓝铁矿（vivianite）氧化形成。该研究为火星古代低温度、富磷铁的水环境提供了直接证据，暗示了潜在宜居条件，对理解火星生命适宜性及样本返回计划具有里程碑意义。

　　

在红色星球的古老历史中，火星曾拥有河流、湖泊甚至可能孕育过生命。杰泽罗陨石坑作为火星2020毅力号探测器的着陆点，因其明显的三角洲沉积特征被视为寻找生命痕迹的理想场所。然而，如何从矿物学角度证明这里曾存在宜居环境，一直是行星科学界的核心问题。磷（P）作为生命必需元素，其矿物形态和形成环境直接关联生命存在的可能性，但此前火星上仅发现过钙磷酸盐矿物，铁磷酸盐的存在始终缺乏确凿证据。

加拿大布鲁克大学地球科学系的研究团队通过分析毅力号在杰泽罗陨石坑西部扇顶部Onahu露头获取的数据，首次揭示了铁磷酸盐矿物的存在。研究团队利用搭载于探测器机械臂上的行星X射线岩化学仪器（PIXL）和SHERLOC设备，结合高分辨率成像、化学分析和微结构衍射技术，在名为Ouzel_Falls的磨蚀斑中发现直径100-500微米的蓝绿色颗粒。这些颗粒富含P₂O₅（最高24.7 wt%）和FeO（最高48.8 wt%），P/Fe摩尔比约为0.67，通过X射线衍射图谱比对，确认为变蓝铁矿（metavivianite）、铁劳埃石（ferrolaueite）或（铁）褐磷铁矿（(ferro)beraunite）。这些矿物在地球上通常由还原性环境中的蓝铁矿（Fe²⁺磷酸盐）氧化形成，暗示火星古代可能存在富含Fe²⁺和磷酸盐的中性pH水体，且具备氧化还原梯度——这正是微生物活动的理想能量来源。该成果发表于《Nature Communications》，为火星样本返回任务提供了高价值目标。

关键技术方法包括：1）PIXL的X射线荧光（XRF）测绘（分辨率120微米）和微区衍射分析，用于元素分布与晶体结构鉴定；2）SHERLOC的显微成像（15.9微米/像素）辅助纹理分析；3）多光谱反射率测量（紫外至近红外波段）比对地球矿物数据库；4）自适应采样算法针对稀有矿物延长探测时间。

主要研究结果

化学组成与矿物鉴定

通过PIXL对Ouzel_Falls磨蚀斑的3次扫描（6495个检测点），发现铁磷酸盐颗粒与富铁镁碳酸盐基质共生，但独立于硅-硫酸盐富集区。正交回归分析显示P/Fe≈2/3，排除常见钙磷酸盐，且镍（Ni）是唯一检出的微量元素。

反射光谱特征

微环境相机（MCC）四波段（385-735 nm）数据显示，颗粒核心的绿/近红外（G/NIR）比值（0.91-0.94）接近地球的蓝铁矿，而边缘比值下降，部分颗粒（如Grain 4）呈现更高氧化特征，与褐磷铁矿光谱相似。

晶体结构解析

衍射峰位置与强度分析表明，变蓝铁矿（三斜晶系）和铁劳埃石（单斜晶系）是最可能相，其结构退化符合蓝铁矿氧化过程中的对称性降低规律。

地质意义

铁磷酸盐的两种形成模型：1）原生模型——在胶结物孔隙中与碳酸盐共沉淀为蓝铁矿，后期被氧化；2）碎屑模型——源自流域内先存的蚀变岩，但软质蓝铁矿（莫氏硬度1.5-2）难以长距离搬运。无论何种机制，其形成均需中性pH、厌氧且富磷铁的水环境，与地球蓝铁矿产状（如微生物介导的Fe³⁺还原）高度可比。

结论与展望

该研究首次确证火星存在次生铁磷酸盐矿物，填补了火星磷循环的关键空白。若返回样本Otis_Peak中的铁磷酸盐被证实含有机质包裹体或生物成因同位素信号，将极大推进火星生命探测。未来需结合返回样本的纳米级分析（如透射电镜）和氧化还原敏感元素（如Ce异常）测定，进一步约束其形成环境的生物可利用性。毅力号团队已采集11份样本，这些“时间胶囊”或将改写我们对地外宜居性的认知边界。