蛇纹石化可以产生氢气，并可进一步通过费托类反应合成甲烷。这些氢气和甲烷可以被化能合成微生物所利用，以此支持非光合作用体系下生物群落的生存。类地天体如火星、土卫二和木卫二等星球上也存在或者可能存在蛇纹石化，并可能孕育蛇纹石化热液相关的宜居环境。蛇纹石化时氢气是由铁的氧化导致水被还原所产生的，和不同价态铁在蚀变矿物间的分配相关。虽然地球和类地天体上参与蛇纹石化的流体如海水和俯冲带流体等普遍含有一定含量的氯，前人研究一般认为氯在蛇纹石化时是一个微不足道的组分，多作为微量元素进入含水矿物，很少形成独立氯化物，对蛇纹石化过程和相关铁的分配及氢气产生影响较小。
针对上述问题，中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室岩石学学科组张龙副研究员、王强研究员及其合作者近期在西太平洋新喀里多尼亚蛇绿岩的不同超基性岩中发现了橄榄石中流体包裹体内原位蛇纹石化时形成的新型羟基氯化物kuliginite（图1）。Kuliginite以俄罗斯地质学家Sergey Semenovich Kuligin的名字命名，其理想化学式为Fe3Mg(OH)6Cl2，因此其中文名建议为库利金矿。库利金矿于几年前发现于俄罗斯Udachnaya金伯利岩，和其它氯化物、碳酸盐和硫酸盐共存于金伯利岩孔洞中，被认为是后期盐卤水交代金伯利岩的产物。本次研究通过激光拉曼、电子衍射和元素分析等手段确认新喀里多尼亚超基性岩流体包裹体内广泛存在库利金矿（图2），是该矿物在其发现地外的首次报道。这表明库利金矿并不是一个仅局限于Udachnaya金伯利岩的特殊矿物，而可能在地球和类地天体富氯环境下的一些蛇纹石化过程中形成。
图1 新喀里多尼亚不同超基性岩中橄榄石内流体包裹体拉曼面扫图。流体包裹体原位蛇纹石化形成了蛇纹石、水镁石、磁铁矿、库利金矿、氢气和甲烷等。
根据现有资料，初步推测库利金矿可能在流体氯含量达到3.5–6.3 wt.%且温度低于280°C时，由富镁橄榄石在相对封闭体系下蛇纹石化形成。在地球上，弧前蛇纹石化时由于俯冲带流体较高的盐度最有可能形成库利金矿；洋底和陆地上的蛇纹石化需要相关流体显著提高氯含量后才能形成库利金矿。而火星、土卫二和木卫二等类地天体上的流体是高度富氯的盐卤水，因而这些天体上的蛇纹石化如果存在，可能更利于库利金矿或相关羟基氯化物的形成。库利金矿十分富铁（~57%FeO），蛇纹石化时其少量形成就会显著影响铁的分配；而且由于库利金矿中的铁多为二价铁，其形成时可以发生氧化的铁含量减少，进而氢气的产生和进一步甲烷的合成都会受到抑制。但是，在开放体系水岩比升高时库利金矿可以进一步氧化，该过程可以伴随新阶段的氢气产生和甲烷合成。
图2 （a）新喀里多尼亚超基性岩中库利金矿和Udachnaya标准库利金矿拉曼谱对比图；（b）新喀里多尼亚超基性岩中库利金矿选区衍射图；（c）新喀里多尼亚超基性岩中流体包裹体元素面扫图。矿物缩写为：Ctl-纤蛇纹石，Brc-水镁石，Klg-库利金矿，Mag-磁铁矿，Ol-橄榄石，Pn-镍黄铁矿。
综上，本研究表明蛇纹石化形成库利金矿等羟基氯化物时铁的分配与氧化过程和传统默认的纯水体系可能存在着较大差异，在评估富氯环境蛇纹石化氢气和甲烷产生过程时需要考虑氯的影响。相关研究成果近期正式发表于《Journal of Geophysical Research: Solid Earth》上。该研究获得了中科院先导专项以及国家自然科学基金等项目的联合资助；相关研究样品是在IGCP-649项目第四次研讨会和野外考察期间获得。
论文信息：Zhang L. (张龙), Wang Q. (王强), Mikhailenko D., Ding X. (丁兴), Li W.-C (李万才), Xian H. (鲜海洋), 2022. Hydroxychloride-bearing fluid inclusions in ultramafic rocks from New Caledonia: Implications for serpentinization in saline environments on Earth and beyond. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 127, e2022JB024508.
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