宾夕法尼亚州立大学弗朗西斯科·图特拉 在萨斯奎哈纳页岩山临界区观测站发现的树莓状黄铁矿(左)和部分氧化黄铁矿(右)的扫描电子显微镜图像，如红色所示
地球表面的裂缝和侵蚀控制了黄铁矿在地下深处的氧化速度，留下了保留黄铁矿形状的氧化铁“化石”
信用:鑫谷 黄铁矿，或称愚人金，是一种常见的矿物，当暴露于水或空气中时，如在采矿作业中，会与氧气快速反应，并可导致酸性矿井排水
然而，人们对地下深处未混合岩石中黄铁矿的氧化知之甚少
一种新的、多尺度的研究地下深处黄铁矿氧化的方法表明，地表的断裂和侵蚀决定了氧化的速度，当氧化缓慢发生时，可以避免酸性失控，而留下氧化铁“化石”
" “黄铁矿氧化是一个经典的地质和环境问题，但我们对深部岩石中黄铁矿氧化的速率知之甚少，”宾夕法尼亚州立大学地球与环境系统研究所助理研究教授辛谷说
“当硫铁矿与氧气反应时，会释放出硫酸，这会导致酸性矿井排水，这是一个严重的环境问题，遍及全球，尤其是在宾夕法尼亚州
" 顾说，当暴露在空气中时，就像在矿井中一样，黄铁矿会在几年内完全氧化
微生物也可以在矿物上形成，加速反应
氧化过程发生得很快，并允许硫酸积累
然而，如果在地表深处不加处理，地质过程会使反应减慢数万年，并阻止酸的积累
研究人员在国家科学基金会资助的萨斯奎哈纳页岩临界区天文台(CZO)研究黄铁矿氧化
CZO页岩山是宾夕法尼亚州立大学石谷森林的一个森林研究基地，位于页岩地层之上，页岩地层是世界上最常见的岩石类型之一
研究人员将地球物理测井工具(可以发送和接收信号，甚至可以拍摄高分辨率图像的仪器)降低到3英寸宽的钻孔中，并从100多英尺深的岩石中回收岩石，以检查页岩基岩，并识别黄铁矿风化的深度或深度以及地下的裂缝
研究小组在宾夕法尼亚州立大学的材料表征实验室用专门的显微镜研究了黄铁矿颗粒以及它们是如何变成铁锈型氧化铁的
他们将岩石切成不到十分之一英寸厚的切片，并将切片放在扫描电子显微镜下成像
高分辨率透射电子显微镜使用电子束产生图像，帮助研究人员研究微观结构，直到比人类头发细70倍的小特征
顾说，通过检查样品，研究人员可以确定地下黄铁矿氧化成铁锈型铁矿物的区域
岩石样本取自地下84英尺
研究人员检查了岩石的微观结构，以在原子尺度上确定黄铁矿矿物开始氧化并转变成生锈的氧化铁的位置
信用:鑫谷 研究人员在最近一期《科学》杂志上报道了他们的发现
研究小组发现页岩的侵蚀速度控制了黄铁矿在深度上的氧化速度
在地表以下几十英尺的岩石中形成的微小裂缝太小，微生物无法进入
在像宾夕法尼亚这样侵蚀了数千年的地方，溶于水中的氧气渗透到开口处，有足够的时间催化反应，而且数量很少
当这种情况发生时，黄铁矿会假变形，这意味着它在结构上保持了树莓般的形状，尽管化学上它已经从硫化铁转变为氧化铁
“地下反应发生的数量和速度解释了为什么黄铁矿被这些完美的铁氧化物‘化石’所取代，”杰出的地球科学教授和欧洲地球科学研究所主任苏珊·布兰特利说
研究人员利用他们的发现开发了一个模型来计算页岩丘陵和全球范围内的黄铁矿氧化速率，包括侵蚀速率较快的地区
它还可以帮助科学家更好地理解大氧化事件2之前的地球是什么样的
这使得更复杂的生物得以生长和进化
布兰特利说:“辛的所作所为非同寻常。”
“他展示了黄铁矿在地表下30英尺或更深的地方氧化，形成完美复制原始黄铁矿颗粒的晶体
他还表明，对黄铁矿的这种更深入的理解可以揭示为什么黄铁矿在早期地球表面仍被保留，当时大气中氧的浓度较低
" 顾表示，页岩临界区观测站是开展此类工作的最佳场所
“我们有来自不同领域的专家，他们在这个流域的不同方面工作，如水文、侵蚀、土壤、生物群和风化剖面，”他说
“如果我们在一个尺度上或从一个学科的角度进行研究，我们将会错过故事的很大一部分
我们的跨学科方法使我们能够更好地理解这里发生的事情
"
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