地質地球所發現赤鐵礦漫反射光譜的影響因素及環境意義

　　赤鐵礦是自然界中常見的反鐵磁性礦物，是古地磁和古氣候信息的良好載體。目前，有多種方法可以對赤鐵礦進行定量化研究，如利用巖石磁學參數HIRM（hard isothermal remanent magnetization）及S-ratio(IRM-300mT/SIRM)可以確定赤鐵礦的絕對含量和相對含量。該方法的不足之處在于：赤鐵礦的矯頑力不僅受含量控制，還受多種因素（如顆粒大小及形態等）影響；傳統的XRD（X-ray diffraction）和M?ssbauer spectroscopy方法也可以檢測赤鐵礦的存在并能進行定量分析，但這類方法費時、且需要對礦物進行預先提純處理，無法進行大批量樣品的研究。漫反射光譜法（the visible diffuse reflectance，DRS）可以對赤鐵礦及針鐵礦進行快速有效的定量分析。但是，土壤或沉積物中的赤鐵礦一般都存在Al替代現象，這會對赤鐵礦的物理化學性質造成重大影響。

　　為了確定Al替代對DRS方法造成的不確定性，中科院地質與地球物理研究所地球深部結構與過程研究室劉青松研究員及其合作者對實驗室合成的多組含有不同Al替代程度的赤鐵礦進行了研究。赤鐵礦DRS的一階和二階導數在~550-580 nm和~530-560 nm處出現極小值（圖1）。為了方便起見，這兩個極小值所對應的譜位置為P580和P560，而相應的幅度定義為I580和I560。

　　結果表明：對于同系列的赤鐵礦樣品（合成條件類似），P580和P560隨Al替代含量的增加而向低波段移動（圖2a,b），同時I580和I560降低（圖2c,d）。可見，對于同系列樣品，Al替代程度及其DRS參數（P580 、P560等）具有明顯的負相關關系。另外，對于不同系列的樣品，其DRS參數與Al含量之間的相關關系差別明顯，這意味著難以簡單地利用DRS譜對赤鐵礦進行定量化分析。同時，如果天然樣品中赤鐵礦形成環境穩定，DRS譜峰值的相對值可以反映赤鐵礦的含量變化特征，洛川黃土-古土壤剖面驗證了這一結論（圖3）。其次，赤鐵礦DRS譜參數的顯著變化可能指示著赤鐵礦的不同來源，這為研究沉積物的物源提供了一種新手段。

　　該成果近期發表在國際知名的礦物學期刊Clay Minerals（Liu et al. Quantification of hematite from the visible diffuse reflectance spectrum: effects of aluminium substitution and grain morphology. Clay Minerals, 2011, 46: 137-149）。