近日，山东大学行星科学团队在实验室中合成了十余种Na-Ca、K-Ca、Sr-Ca和Mg-Ca等硫酸钙复盐，硫酸盐作为火星广泛存在的蚀变矿物，其矿物种类和水合状态对于火星的环境演化具有重要指示意义。本文聚焦于硫酸钙复盐在火星存在的可能性和科学意义，开展了光谱学和稳定场实验的研究，为火星遥感和就位探测提供了实验室数据支撑。
针对五种Na-Ca和K-Ca两个体系的硫酸钙复盐（(K2Ca(SO4)2·H2O), (K2Ca2(SO4)3), (K2Ca5(SO4)6·H2O), (Na2Ca(SO4)2), (Na4Ca(SO4)3)），我们采用了Raman、VNIR、MIR、LIBS等技术对这五种硫酸钙复盐进行了系统的光谱学表征，并开展稳定场实验和加热实验研究了它们的稳定性和转化关系。这五种硫酸钙复盐在地球的环境中均有发现，它们分别代表了火山环境和热液环境。当前的研究表明，火星表面曾经存在过大量的液态水并有一系列的火山活动和撞击作用，这为硫酸钙复盐的形成提供了条件。通过稳定场实验和加热实验的研究表明，硫酸钙复盐体系内存在相应的转化关系，在不同的温度和湿度条件下能够实现不同矿物相的转化，因此它们能够指示温度和湿度的变化。此外，在火星Gale撞击坑和Endeavour撞击坑发现了大量的硫酸钙岩脉，虽然岩脉的主要成分为硫酸钙，但通过LIBS、APXS等实测数据分析表明岩脉中可能存在其它种类的硫酸盐。硫酸钙复盐可能作为微量矿物存在于岩脉和特殊的火星环境之中，因此本研究对火星硫酸钙复盐的识别具有重要的借鉴意义。
图1 五种硫酸钙复盐的Raman光谱
图2 五种硫酸钙复盐之间的转化关系
该研究于2023年5月在线发表于国际天文学与行星科学权威期刊Icarus，第一作者为山东大学空间科学与物理学院博士研究生鞠恩明，通讯作者为山东大学凌宗成教授。该成果得到了国家自然科学基金（U1931211, 41972322），山东省自然科学基金（ZR2021QD044），中国博士后科学基金（2022M721916）以及民用航天预研项目（D020102）的支持。
原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0019103523001872
