火星是太阳系内人类密切关注的一颗类地行星。火星的演化历史对地球的过去和未来发展具有重要的启示意义。1964年11月，美国宇航局发射水手4号航天器首次接近火星，开启了火星探测的篇章。之后60年的持续探测，人类对火星的探测研究不断深化，对火星地质环境的演化历程有了更全面和深入的理解。
当前火星研究的前沿问题之一，是火星早期的气候条件，存在多种假说。过去通过遥感观测，特别是火星河流地貌等的分析，学界普遍认为火星早期气候是温暖湿润的；但随着探测和研究的深入，近年来新的假说认为火星可能长期处于冰冻状态，仅有间歇性的温暖期和水活动。结合火星气候模型和有限的水蚀作用，前人提出了晚诺亚纪冰雪高地模型，这个模型认为古代火星在很长一段时间处于冰冻状态，特别在高程较高的火星南部高地，应覆盖着降雪和集中存在的冰沉积。但是目前，主要的研究集中在地形形貌和气候模拟方面，缺乏从火星岩石风化和次生产物方面对冰冻火星假说模型的检验。
火星着陆器和环绕器的探测数据发现，火星全球特别是南部高地广泛分布着次生矿物。这些次生矿物是由火星壳玄武岩中的造岩矿物风化形成，理解其所指示的风化条件和风化过程是制约早期火星气候及水环境的重要途径。通常认为，低温特别是冰冻环境会抑制矿物岩石的风化动力学。然而对火星而言，当冰冻的水体中存在硫酸或者处于高压环境下时，冰冻浓缩的硫酸可以有效克服低温对风化的抑制作用。这种风化模式不需要大规模活动的液态水体就可以形成大规模的硫酸盐沉积，对火星子午线平原伯恩斯露头、火星南部高地的硫酸盐层状沉积物，火星北极钙硫酸盐沙丘等的形成机制都具有潜在的指示意义。
由于前人的类火星风化模拟研究主要集中在常温和水热条件下，极少涉及低温体系，因此截至目前学界缺乏对类火星造岩矿物在冰冻条件下（包括冰冻常压和冰冻高压）风化过程和次生产物的认识。特别是对富铁橄榄石在冰冻硫酸风化过程中的溶解速率和产物特征，对类火星造岩矿物在冰冻和常温酸性风化下的速率和产物区别，对类火星造岩矿物在冰冻加压条件下（模拟冰川深部）的风化机制和产物特征等方面缺乏认识，使得解读火星环境气候演化的基础可能存在巨大缺陷，无法解释诸多重要的观测事实，也难以通过沉积地质记录对火星早期气候环境进行约束。
本论文基于比较行星学的方法，聚焦类火星造岩矿物在硫酸冰冻和高压冰冻条件下的风化过程和次生产物特征研究。将火星实际探测数据和模拟实验结合，通过模拟实验开展冰冻条件下类火星造岩矿物的风化过程，研究次生矿物的形成机制和产物特征，进而制约火星早期气候条件和矿物演化过程。