综述：地球多样性地学系统中黄铁矿的形成机制

这篇综述系统梳理了黄铁矿（Pyrite）在沉积（sedimentary）、热液（hydrothermal）、变质（metamorphic）和岩浆（magmatic）系统中的多路径形成机制，重点解析了FeSam/mc/aq中间体转化、多硫化物/H2S路径动力学争议，以及有机质在成核中的作用等关键科学问题，为地球化学示踪和矿床勘探提供了理论基石。

　　

黄铁矿的地球科学密码

特性与结构

黄铁矿（FeS₂）以立方晶系$\mathrm{Pa}\bar{3}$空间群结构为特征，其Fe²⁺与$S_2^{2?}$的配位模式赋予其独特的物理化学稳定性。这种硫铁矿的广泛分布——从38亿年前的努夫亚吉图克变质沉积岩到现代海底热液喷口——使其成为解码地球演化历史的"罗塞塔石碑"。

沉积系统的转化路径

在低温沉积环境中，黄铁矿主要通过Fe²⁺与H₂S_aq/HS^?反应生成，经历FeS_am（无定形硫化铁）或FeS_mc（马基诺矿）中间态。多硫化物路径已被充分证实：其形成速率与FeS_am、元素硫浓度呈正相关，而H₂S路径的动力学仍存争议。早期成岩过程中，后生动物和植物组织的黄铁矿化（pyritization）是另一重要机制。

热液系统的矿化艺术

高温热液环境下，黄铁矿既可直接从溶液沉淀，也能通过含铁/硫矿物（如黄铜矿、赤铁矿）的溶解-再沉淀过程形成。前驱体矿物学特征、温度、pH值和总硫浓度共同控制着这一耦合过程的限速步骤。在斑岩铜矿和VMS矿床中，黄铁矿的环带结构和微量元素分布如同"流体指纹"，记录着成矿流体的演化历程。

岩浆系统的深度故事

岩浆系统中，黄铁矿通过单硫化物固溶体（MSS）出溶、中间固溶体（ISS）亚固相线反应、以及磁黄铁矿替代等机制形成。火山喷气孔处的气相沉积则展现了硫在高温气相中的迁移奥秘。值得注意的是，岩浆成因黄铁矿的δ³⁴S值可为岩浆源区提供重要约束。

未解之谜与未来方向

尽管研究取得进展，若干关键问题仍待突破：Fe-S水合配合物的演化轨迹、有机质在成核中的催化机制、H₂S路径的氢产率等。同步辐射原位实验技术将有望揭示相转变过程中矿物学-溶液化学的时空耦合规律。这些认知突破将进一步提升黄铁矿在深时古环境重建和矿产勘探中的应用精度。

交叉学科的启示

黄铁矿研究正从传统地质学向行星科学延伸：火星探测中发现的硫铁矿暗示地外硫循环的可能路径，而古太古代黄铁矿的S-MIF信号则为早期大气缺氧假说提供了关键证据。这种"硫铁矿物钟"的解读，需要更深入地理解其形成机制的普适性与特殊性。