Nat. Geosci.：善于欺骗的闪锌矿

地刊速览 · 公众号 · 科技自媒体 · 2024-12-17 08:16

主要观点总结

本文介绍了闪锌矿的特性、用途以及其在地质学中的重要性。闪锌矿是锌和铁的主要来源，也是研究热液成矿过程的重要工具。虽然闪锌矿具有欺骗性，但其化学成分可以记录热液系统的温度和硫逸度信息，对于研究矿床形成和流体路径具有重要意义。此外，闪锌矿还能融合卤素氯和溴，为确定成矿流体及其路径的起源提供有希望的工具。尽管存在对微量元素在闪锌矿和热液流体之间分配行为的数据不足的问题，但闪锌矿仍然是通信和可再生能源技术中关键元素锗和铟的重要来源。

关键观点总结

关键观点1: 闪锌矿的特性

闪锌矿是常见的锌和铁硫化物，具有金刚石结构，出现在各种地质环境中。其理想化学式为（Zn，Fe）S。尽管闪锌矿在多种矿石中丰富，但直到1847年才被正式描述为独立矿物。

关键观点2: 闪锌矿的用途

闪锌矿不仅是世界上锌的主要来源，还是关键元素锗和铟的重要来源。这些元素在通信和可再生能源技术中有广泛应用。

关键观点3: 闪锌矿在地质学中的重要性

闪锌矿的热液系统中的相对普遍性和融合各种微量元素的能力使其成为研究成矿过程的重要工具。其化学成分可以记录热液系统的温度和硫逸度信息，有助于确定流体路径和识别不同的流体输入阶段。此外，闪锌矿融合卤素氯和溴的发现为确定成矿流体及其路径的起源提供了新方法。

正文

闪锌矿是一种常见的锌（Zn）和铁（Fe）硫化物，其理想化学式为（Zn,Fe）S，具有金刚石结构。它出现在各种地质环境中，包括富含有机物的沉积物、岩浆-热液系统和陨石中。

尽管闪锌矿在许多贵金属和贱金属矿石中都很丰富，但它直到1847年才被正式描述并命名为独立矿物，比其他常见的硫化物要晚。这是因为它的多变外观（图1 ），经常模仿铅硫化物矿物方铅矿——这种行为在传说中欺骗了学生和专业地质学家。其多变性也为其名字提供了灵感：“sphalerós”在古希腊语中意味着欺骗或背叛。

图1：闪锌矿的多面性。a，来自保加利亚马丹的有光泽的黑色闪锌矿，上面刻有方铅矿晶体。b，来自波兰奥尔库什的胶状带状，从棕褐色到深棕色的闪锌矿，带有灰色的硫铁矿（FeS2）和方铅矿。c，来自西班牙皮科斯德欧罗巴的闪锌矿宝石，展示了可能的颜色变化范围。

尽管存在这种欺骗性，闪锌矿在热液系统中的相对普遍性以及其融合各种微量元素的能力使其成为研究成矿过程的重要工具。例如，镓（Ga）和锗（Ge）的浓度随着形成温度的升高而降低，而铁（Fe）、锰（Mn）和铟（In）的浓度则增加。此外，闪锌矿中的Fe浓度可以记录热液硫逸度的信息。了解温度和硫逸度对于矿床形成至关重要。矿床内的温度梯度可以在闪锌矿的化学成分中记录下来，帮助确定流体路径，而温度和硫逸度的时间波动可能识别出不同的流体输入阶段。利用闪锌矿成分通过相对简单的微量分析技术得出这些信息的能力，与传统的、劳动密集型的流体包裹体方法相比，开辟了新的可能性。

此外，闪锌矿可以在其晶体结构中融合大量的卤素氯（Cl）和溴（Br）。在某些情况下，Cl和Br也存在于纳米级（流体）包裹体中。这一发现将卤素融合到主要硫化物矿物中是令人兴奋的消息，因为卤素可以作为热液流体中盐度起源的追踪器。海水、蒸发海水和溶解蒸发岩各自具有不同的Cl/Br比率，闪锌矿似乎忠实地记录了这些比率，提供了一个有希望的工具来确定成矿流体及其路径的起源。

除了对热液矿床研究的有用性外，闪锌矿还是世界上锌的主要来源，以及关键元素锗（Ge）和铟（In）的重要来源。铟元素最初于1863年在闪锌矿中被发现，这两种元素现在在通信和可再生能源技术中被广泛使用。尽管闪锌矿地球化学取得了进展，但关于锗和铟等微量元素在闪锌矿和热液流体之间的分配行为的实验数据仍然不足。如果有这样的数据，就可以利用闪锌矿化学来重建流体中的锗和铟的丰度，从而更好地了解这些元素在热液成矿系统中的来源和传输。

由于锗和铟是从生产锌和其他原材料的副产品中提取的，人们对其未来可用性表示了担忧，导致它们被归类为“关键”原材料，这些原材料在经济上很重要，并且存在供应短缺的风险。幸运的是，对他们可用性的担忧在很大程度上是没有根据的。这两种元素在世界闪锌矿的矿产中都非常丰富——数量远远超过当前所需的或提取的数量。闪锌矿再次欺骗了我们！

参考文献 ： Frenzel, M., Thiele, S.T. Deceptively critical sphalerite. Nat. Geosci. 17 , 1199 (2024). https://doi.org/10.1038/s41561-024-01587-y

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