陨石专家走进《造岩矿物学》课堂

2021-03-08 

专家信息：

田恒次 博士

中国科学院地质与地球物理研究所 副研究员

工作和研究方向：

同位素地球化学和天体化学

研究兴趣：

利用月球陨石的元素含量和同位素组成研究月球的形成和演化。

教育经历：

2012年毕业于河北地质大学，2017年在中科院地质地球所获地球化学博士学位。

孙老师：

前几节课，我们邀请到“嫦娥”专家来走进我们的课堂。月球样品采回来之后，我们到底要怎么分析、怎么做呢？其实在我们月球样品采回来前的几十年里，已经有非常多的人正在研究月球以及其他星球的陨石。那今天我们就特别荣幸地有请到了中国科学院地质与地球物理研究所的田恒次博士，他的主要方向是同位素地球化学和天体化学。我先简单介绍一下他的教育背景：他是2012年毕业于河北地质大学，2017年在中科院地质地球所获地球化学博士学位，他是利用月球陨石的元素含量和同位素组成研究月球的形成和演化。我给他起了一个名字叫做——“玩转”陨石的人。

田博士，您好

田老师：

您好

孙老师：

田博士，我想知道月球陨石都是哪里采到的呢？我们在地球上采到的岩石，怎么能确定它是不是陨石呢？

田老师：

是这样的，我们国家现在，包括其他国家，采到陨石的话，主要的地方有两个：

第一个是在南极，在2000年左右的时候，咱们国家跟日本科考队去南极采了很多的样品。为什么南极可以采到陨石呢？实际上来讲，这个陨石掉到地球上任何一个位置的概率，理论上是一样的，然后南极因为没有树木，全是冰，所以陨石掉到南极之后，我们很容易就看得到。假如这个陨石是黑色的，从南极的冰盖上能看到的这种石头块，一般就是陨石。因为那边也没有火山活动，所以就是陨石。然后另外一个就是在沙漠，沙漠非常干燥，植被也非常稀少，陨石掉到沙漠之后，它就会比较容易地保存下来。所以我们现在买的大部分陨石主要是来自西北非，西北非有大量的沙漠，所以陨石去那里捡的也比较多。而如果这个陨石降落到城市，或是掉落到山里面，因为大山里有很多树，这种情况下是不容易找着的，所以陨石主要是来自于这两个地方。

第二个问题是该怎么鉴别陨石。是这样的，你们看我PPT的右下边的图，大家可以看得到。这个是我最近一段时间买的陨石，你看这个陨石它实际上的成分跟地球上的岩石差不太多，主要的鉴别特征用肉眼看的话主要有三个：第一个就是岩石的表面上，它有一个比较明显的黑黑的壳，这是一个特征，因为陨石降落到地球的时候它要穿过大气层，穿过大气层的时候，因为它速度非常快，所以表面这一层的岩石可能会发生熔融，熔融之后会形成黑黑的壳；另一个还是在穿过大气层的时候，它熔融之后会有一个气印。这个大家可以想象一下，一个陨石通过风的时候，最接近的风的地方受到风的冲击力会比较强，岩石的外边会留下一个气印；第三个就是我们现在拿到这些陨石，有一部分是铁陨石，或者是中铁陨石，这种陨石它的密度非常大，拿起来之后会感觉特别重，它会比地球上的岩石重很多。所以这些是常见的用肉眼来判断陨石的方法。那么进一步，如果要确定它是来自于哪个星球，还是要通过实验室的化学手段来判断。

孙老师：

好的。今天机会很难得，我们同学有什么问题可以要向田老师请教吗？

同学一：

田老师，你好。就是我对您研究兴趣里面的一句话“同位素组成研究月球的形成和演化”，按照我们所学知识，一般同位素是用来测年的，我很好奇这个和月球形成和演化有什么关系？

田老师：

你好。是这样的，同位素体系有很多，地球化学有两个主要的研究领域。第一个你说的是同位素用来定年的，那么就是同位素年代学，包括铷–锶、钐–钕，这是两个同位素定年，还有铀–铅同位素体系，这也是定年，还有镥–铪和铼–锇。元素周期表还有很多的同位素，比如说锂同位素，镁同位素，铁同位素等等，这些同位素是不能够用来定年的，它们主要是用作示踪的。所以，同位素一部分是可以用来做定年的，另一部分是不适合用来做定年的。那么这个情况下呢，用这些不适合用来做定年的同位素来研究月球上这些岩石的成因。

我不知道这样回答你，你看能理解吗？

同学：

您的意思就是说通过研究月球上岩石的成因，来判断它的形成和演化过程吗？

田老师：

对，就是说它是一个手段，利用研究这些不同类型的月球陨石，或者是这些岩石样品，研究他们的同位素，来反推这些岩石是怎么形成的。它的成因，就是由什么过程导致的岩石形成，包括有没有后期过程的加入等等。

这个地方说的同位素组成一般不止这些定年的，定年的又是一个很大的课题，叫同位素年代学嘛，专门是用来研究月球各种类型岩石或者矿物的同位素组成，来判断它们的形成年龄。

同学：

谢谢田老师。

孙老师：

好的，那我们同学还有什么其他问题吗？

同学二：

老师，可以听到吗？

田老师：

能听到。

同学：

我有一个小小的问题。就是在去年十二月份，我国发射的那颗“嫦娥”，它带回来的月壤。据我所了解，嫦娥探测器它着陆的地方应该是位于月球表面的风暴洋，我查了资料以后发现风暴洋的形成与月球火山的活动是有关系的，我在网络上看的一些月球表面的照片，我个人认为月球火山与地球火山它们在活动以后留下的形态上差距很大。我想问一下，月球火山的演化与地球火山的演化有什么不同的地方吗？

田老师：

总的来说，月球的火山活动跟地球的火山活动差别非常明显。我总结一下，大概有这几点：

第一个，通过前人的研究，月球大概在三十亿年之前，月球就基本上没有火山活动了，这个主要是因为月球的一些放射性的生热元素已经没有能量能够维持火山的喷发。第二个就是月球的水，月球上是没有海洋的，另外月球被认为是跟地球大撞击形成的，所以月球上整体的水的含量非常匮乏。因为月球的水非常少、生热的元素逐渐减少，又因为月球上没有大气，导致月球上的火山活动在三十亿年之前基本上已经没有了。因为没有水，所以它也没有俯冲板片，导致月球跟地球完全不一样，包括现在我们地球上有七个板块，板块之间有板块构造的存在，这是因为地球有水，所以这个就导致月球和地球差异非常明显。另外，就是你说的这个PKT地体，PKT地体它这个地方主要是富集了一些生热的元素，所以在这个地方你能看到大量的黑色的地体，它就属于月海的玄武岩，我们采到的月球陨石主要可能就是来自于月海的玄武岩。

我不知道这样的回答，可以吗？

同学：

谢谢老师。

孙老师：

好的，不知道田博士有没有上过矿物学、结晶学这门课呢？当时学的时候，有没有什么经验给大家分享？

田老师：

我当时上矿物晶体学大概十年前了，然后现在的情况，我当时学的时候没那么系统，很多矿物晶体学的知识到后来读硕士、博士的时候都给忘了，我觉得在后期做研究的时候，前面的一些基础工作忘了其实挺麻烦的，你到时候还要去补回来，所以我觉得本科的时候最好是把矿物学、晶体学这些学得比较好一点。比如说，这些矿物是硅酸盐结构啊，还是单链结构，双链结构，把这些学清楚，还有这些矿物的化学组成，包括硅酸盐各个矿物的化学族，比如说尖晶石族有铬尖晶石等等不同的矿物族，再比如说辉石，它有单斜辉石，有斜方辉石，其中斜方辉石又包括各种各样的辉石。我建议大家学的时候，把每一个族里面不同的矿物都认识清楚，因为这样方便你今后做科学研究的时候能够理得更准确。最好的方式就是在学习的时候，要带着一个科学问题，这个问题哪怕很小，就比如说“我就想知道单斜辉石它包括哪几个矿物”，那么你带着这样一个问题做镜下观察的时候就要注意，单斜辉石族里面，不同的矿物它们晶体的结构、组成有什么差异，或者他们的化学式上到底是哪个元素变了，哪个含量多少导致单斜辉石分了那么多个族。这样对将来做科学研究非常有帮助。

孙老师：

好的，谢谢田博士今天的分享。

田老师：

谢谢。