近日，中国科学院广州地球化学研究所朱建喜研究员团队在锰氧化物演化及矿物多样性形成机制研究方面取得重要进展。依托同步辐射X射线衍射等先进表征技术发现，在相同溶液化学条件下，不同结晶度的层状锰氧化物可沿不同路径相变并形成不同类型锰氧化物矿物，揭示矿物自身结构性质是调控锰氧化物演化及矿物多样性形成的关键因子。相关成果发表于《国家科学评论》（National Science Review）。

    锰氧化物广泛分布于土壤、淡水和海洋沉积物等环境，在多种生物地球化学循环中扮演重要角色。自然界已发现30余种锰氧化物矿物，且晶体结构与组成差异显著，但其形成与演化机制尚缺乏系统认识。层状水钠锰矿是自然界最常见的锰氧化物之一，也是最主要的生物成因锰氧化物。此前研究普遍认为，层状水钠锰矿可与Mn(II)等还原性物质发生反应并转化形成黑锰矿、水锰矿等，且转化路径及产物类型主要受pH、Mn(II)浓度等溶液化学条件控制。然而，已有研究获得的转化产物类型相对有限，难以解释天然锰氧化物的多样性，而前驱体矿物自身结晶度等性质在转化过程中的作用长期被忽视。

    针对这一问题，研究团队的文科博士后及合作者合成了3种具有不同结晶度及粒径的层状水钠锰矿，并在相同Mn(II)溶液条件下开展转化实验。结果显示，三种前驱体表现出截然不同的演化路径：低结晶度水钠锰矿转化形成锰钾矿，中等结晶度水钠锰矿转变形成钙锰矿，而高结晶度水钠锰矿主要形成拉锰矿。机理分析表明，水钠锰矿前驱体的结晶度、粒径及结构缺陷等矿物自身性质可影响Mn(II)在矿物表面的吸附构型、电子转移及结构重组过程，从而改变转化路径。该研究因此提出，锰氧化物矿物的演化并非仅由外部环境条件控制，而是受“环境条件+前驱体矿物自身结构性质”共同影响。

    这一发现为理解天然锰氧化物矿物多样性的形成提供了新视角。天然生物成因锰氧化物通常粒径小，结构缺陷发育；伴随环境条件改变，矿物结构与粒径不断改变并影响矿物演化路径，最终形成丰富多样的天然锰氧化物矿物。该研究揭示了矿物自身纳米尺度结构性质对矿物演化路径的重要调控作用，拓展了传统侧重外部环境条件约束矿物相变的认识，为理解天然锰氧化物矿物“从哪里来、如何演化以及为何具有丰富的矿物多样性”提供了新的科学视角。与此同时，不同锰氧化物具有不同的结构、氧化还原性质及元素吸附能力，因此这种由前驱体性质调控的矿物演化过程还可能影响稀土元素、关键金属、营养物质等在环境中的迁移、富集与循环。

    中国科学院广州地球化学研究所深部过程与战略矿产资源全国重点实验室为论文第一完成单位，文科博士后为第一作者，朱建喜研究员为通讯作者。研究得到广东省自然科学基金面上项目（2025A1515011280）、国家自然科学基金C类项目（42402233）、广东省科技计划项目（2023B1212060048）联合资助，以及上海同步辐射光源X射线衍射线站（2024-SSRFPT-509764）的支持。

表生环境中锰的氧化还原循环与锰氧化物矿物多样性的潜在形成机制

文章信息：Ke Wen（文科）, Yiping Yang（杨宜坪）, Shan Li（李珊）, Jiaxin Xi（席佳鑫）, Ruiqin Yi（蚁瑞钦）, Hongping He（何宏平）, Jianxi Zhu*（朱建喜）. Crystallinity-dependent transformation of layered manganese oxides: implications for the mineral diversity of manganese oxides in nature. National Science Review 2026, 13(14): nwag392.

原文链接: https://doi.org/10.1093/nsr/nwag392