我们栖息的世界由对称、泡沫、螺旋、镶嵌、弯曲、波浪、条纹、裂纹和枝状等自然形态共同编织。自16世纪开普勒凝视雪花六角星芒的那一刻起，“枝晶”（dendrites）便从万千形态中脱颖而出，成为自然界最具标志性的枝状语言，亦是窥探自然法则的一扇天窗。然而，一个多世纪以来的研究聚光灯普遍锁定在金属、合金与电池内部滋长的晶体枝晶（Crystalline dendrites；图1C-D），聚焦于它们如何诱发短路、削弱强度等功能性灾变；与此同时，静默铺展于岩石中的矿物枝晶（Mineral dendrites；图1A-B）却被长期放逐于认知的边缘，它们在地球科学版图上的意义，仍是未竟的空白。

在研究团队前期矿物枝晶研究基础上，系统梳理了近三个世纪以来的矿物枝晶文献，同时进一步开展二维/三维分形分析、纳米级超显微构造观测、高级图像处理与多场耦合数值模拟研究，取得以下创新认识：

1）形貌普适：无论化学成分如何差异，矿物枝晶均呈现表面“葡萄状”、侧枝充分发育、末端渐进增厚的共同特征，且均具分形属性；其二维分形维数~1.50–1.90、三维维数~2.70–2.80，与扩散限制聚集（DLA）、黏性指进（VF）或蒸发驱动的动力学模型相吻合。

2）外部来源与颗粒附着：枝晶矿物高度富集于枝晶域内，岩石基质中几近绝迹，且二者成分差异显著，指示矿物源自外来流体迁移。纳米颗粒及颗粒簇的共存，进一步证实，枝晶在悬浊液或胶体环境中通过颗粒附着这一非经典结晶路径逐级生长（图2）。

3）环境敏感档案：枝晶形态与超微结构的多样性揭示枝晶生长对其所处液态环境的变化极度敏感。枝晶的相对有序生长与流体中纳米颗粒的布朗运动构建了复杂自然系统，枝晶生长是该系统的物理化学演化的瞬时响应，可有效保存背景流体环境的演化序列（图3）。

4）结晶天然实验室与地外行星类比：矿物枝晶为研究颗粒附着结晶提供了相对简易的复杂自然系统，是探索非经典结晶成矿动力学的天然实验室。矿物枝晶可揭示超大型金属矿床与成矿流体的物理-化学-动力学耦合，阐明环境自净化的微观动力学机理；其独特形貌更可与地外行星枝晶进行类比，开辟了重建地外古流体环境的全新途径（图4）。

图1 矿物枝晶（A-B）与晶体枝晶（C-D）。A-B：锰矿物枝晶；C：镉（Cr）枝晶，D：雪花

图2 矿物枝晶的微米尺度构造（C-E）与枝晶矿物的纳米颗粒/胶体特征（A-B，F）

图3 枝晶形态突变的自然观测（A-B）与对应的数值模拟结果（A’-B’）。A’纳米颗粒表面时能κ = 3，流体浓度突减10倍。A’纳米颗粒表面时能κ = 3，流体浓度突增10倍

图4 A-B 好奇号火星车拍摄到的三维结构火星枝晶。C-D：地球上发现的三维矿物枝晶

上述研究成果发表于国际权威学术期刊《Earth-Science Reviews》，中国地质大学（北京）侯照亮特任副教授为论文第一作者，邱昆峰教授为论文合作通讯作者，其他合作者包括奥地利维也纳大学地质学系Bernhard Grasemann院士、Cornelius Tschegg高级研究员、Hugh Rice高级研究员，波兰华沙大学物理学院Piotr Szymczak教授、Dawid Wos博士，奥地利因斯布鲁克大学Anna Rogowitz教授和我校于皓丞副教授。论文信息：Hou, Z., Wos, D.*, Qiu, K.F.*, Rogowitz, A., Tschegg, C., Rice, A.H.N., Grasemann, B., Yu, H.C. and Szymczak, P., 2025. Mineral dendrites: Indicators for geological aqueous environments. Earth-Science Reviews, p.105231.

全文连接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012825225001928