2021-03-08
專(zhuān)家信息：田恒次 博士，中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所 副研究員
工作和研究方向：同位素地球化學(xué)和天體化學(xué)
研究興趣：利用月球隕石的元素含量和同位素組成研究月球的形成和演化。
教育經(jīng)歷：2012年畢業(yè)于河北地質(zhì)大學(xué)，2017年在中科院地質(zhì)地球所獲地球化學(xué)博士學(xué)位。
孫老師：
前幾節(jié)課，我們邀請(qǐng)到“嫦娥”專(zhuān)家來(lái)走進(jìn)我們的課堂。月球樣品采回來(lái)之后，我們到底要怎么分析、怎么做呢？其實(shí)在我們?cè)虑驑悠凡苫貋?lái)前的幾十年里，已經(jīng)有非常多的人正在研究月球以及其他星球的隕石。那今天我們就特別榮幸地有請(qǐng)到了中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與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學(xué)和天體化學(xué)。我先簡(jiǎn)單介紹一下他的教育背景：他是2012年畢業(yè)于河北地質(zhì)大學(xué)，2017年在中科院地質(zhì)地球所獲地球化學(xué)博士學(xué)位，他是利用月球隕石的元素含量和同位素組成研究月球的形成和演化。我給他起了一個(gè)名字叫做——“玩轉(zhuǎn)”隕石的人。
田博士，您好
田老師：
您好
孫老師：
田博士，我想知道月球隕石都是哪里采到的呢？我們?cè)诘厍蛏喜傻降膸r石，怎么能確定它是不是隕石呢？
田老師：
是這樣的，我們國(guó)家現(xiàn)在，包括其他國(guó)家，采到隕石的話(huà)，主要的地方有兩個(gè)：
第一個(gè)是在南極，在2000年左右的時(shí)候，咱們國(guó)家跟日本科考隊(duì)去南極采了很多的樣品。為什么南極可以采到隕石呢？實(shí)際上來(lái)講，這個(gè)隕石掉到地球上任何一個(gè)位置的概率，理論上是一樣的，然后南極因?yàn)闆](méi)有樹(shù)木，全是冰，所以隕石掉到南極之后，我們很容易就看得到。假如這個(gè)隕石是黑色的，從南極的冰蓋上能看到的這種石頭塊，一般就是隕石。因?yàn)槟沁呉矝](méi)有火山活動(dòng)，所以就是隕石。然后另外一個(gè)就是在沙漠，沙漠非常干燥，植被也非常稀少，隕石掉到沙漠之后，它就會(huì)比較容易地保存下來(lái)。所以我們現(xiàn)在買(mǎi)的大部分隕石主要是來(lái)自西北非，西北非有大量的沙漠，所以隕石去那里撿的也比較多。而如果這個(gè)隕石降落到城市，或是掉落到山里面，因?yàn)榇笊嚼镉泻芏鄻?shù)，這種情況下是不容易找著的，所以隕石主要是來(lái)自于這兩個(gè)地方。
第二個(gè)問(wèn)題是該怎么鑒別隕石。是這樣的，你們看我PPT的右下邊的圖，大家可以看得到。這個(gè)是我最近一段時(shí)間買(mǎi)的隕石，你看這個(gè)隕石它實(shí)際上的成分跟地球上的巖石差不太多，主要的鑒別特征用肉眼看的話(huà)主要有三個(gè)：第一個(gè)就是巖石的表面上，它有一個(gè)比較明顯的黑黑的殼，這是一個(gè)特征，因?yàn)殡E石降落到地球的時(shí)候它要穿過(guò)大氣層，穿過(guò)大氣層的時(shí)候，因?yàn)樗俣确浅？?，所以表面這一層的巖石可能會(huì)發(fā)生熔融，熔融之后會(huì)形成黑黑的殼；另一個(gè)還是在穿過(guò)大氣層的時(shí)候，它熔融之后會(huì)有一個(gè)氣印。這個(gè)大家可以想象一下，一個(gè)隕石通過(guò)風(fēng)的時(shí)候，最接近的風(fēng)的地方受到風(fēng)的沖擊力會(huì)比較強(qiáng)，巖石的外邊會(huì)留下一個(gè)氣??；第三個(gè)就是我們現(xiàn)在拿到這些隕石，有一部分是鐵隕石，或者是中鐵隕石，這種隕石它的密度非常大，拿起來(lái)之后會(huì)感覺(jué)特別重，它會(huì)比地球上的巖石重很多。所以這些是常見(jiàn)的用肉眼來(lái)判斷隕石的方法。那么進(jìn)一步，如果要確定它是來(lái)自于哪個(gè)星球，還是要通過(guò)實(shí)驗(yàn)室的化學(xué)手段來(lái)判斷。
孫老師：
好的。今天機(jī)會(huì)很難得，我們同學(xué)有什么問(wèn)題可以要向田老師請(qǐng)教嗎？
同學(xué)一：
田老師，你好。就是我對(duì)您研究興趣里面的一句話(huà)“同位素組成研究月球的形成和演化”，按照我們所學(xué)知識(shí)，一般同位素是用來(lái)測(cè)年的，我很好奇這個(gè)和月球形成和演化有什么關(guān)系？
田老師：
你好。是這樣的，同位素體系有很多，地球化學(xué)有兩個(gè)主要的研究領(lǐng)域。第一個(gè)你說(shuō)的是同位素用來(lái)定年的，那么就是同位素年代學(xué)，包括銣–鍶、釤–釹，這是兩個(gè)同位素定年，還有鈾–鉛同位素體系，這也是定年，還有镥–鉿和錸–鋨。元素周期表還有很多的同位素，比如說(shuō)鋰同位素，鎂同位素，鐵同位素等等，這些同位素是不能夠用來(lái)定年的，它們主要是用作示蹤的。所以，同位素一部分是可以用來(lái)做定年的，另一部分是不適合用來(lái)做定年的。那么這個(gè)情況下呢，用這些不適合用來(lái)做定年的同位素來(lái)研究月球上這些巖石的成因。
我不知道這樣回答你，你看能理解嗎？
同學(xué)：
您的意思就是說(shuō)通過(guò)研究月球上巖石的成因，來(lái)判斷它的形成和演化過(guò)程嗎？
田老師：
對(duì)，就是說(shuō)它是一個(gè)手段，利用研究這些不同類(lèi)型的月球隕石，或者是這些巖石樣品，研究他們的同位素，來(lái)反推這些巖石是怎么形成的。它的成因，就是由什么過(guò)程導(dǎo)致的巖石形成，包括有沒(méi)有后期過(guò)程的加入等等。
這個(gè)地方說(shuō)的同位素組成一般不止這些定年的，定年的又是一個(gè)很大的課題，叫同位素年代學(xué)嘛，專(zhuān)門(mén)是用來(lái)研究月球各種類(lèi)型巖石或者礦物的同位素組成，來(lái)判斷它們的形成年齡。
同學(xué)：
謝謝田老師。
孫老師：
好的，那我們同學(xué)還有什么其他問(wèn)題嗎？
同學(xué)二：
老師，可以聽(tīng)到嗎？
田老師：
能聽(tīng)到。
同學(xué)：
我有一個(gè)小小的問(wèn)題。就是在去年十二月份，我國(guó)發(fā)射的那顆“嫦娥”，它帶回來(lái)的月壤。據(jù)我所了解，嫦娥探測(cè)器它著陸的地方應(yīng)該是位于月球表面的風(fēng)暴洋，我查了資料以后發(fā)現(xiàn)風(fēng)暴洋的形成與月球火山的活動(dòng)是有關(guān)系的，我在網(wǎng)絡(luò)上看的一些月球表面的照片，我個(gè)人認(rèn)為月球火山與地球火山它們?cè)诨顒?dòng)以后留下的形態(tài)上差距很大。我想問(wèn)一下，月球火山的演化與地球火山的演化有什么不同的地方嗎？
田老師：
總的來(lái)說(shuō)，月球的火山活動(dòng)跟地球的火山活動(dòng)差別非常明顯。我總結(jié)一下，大概有這幾點(diǎn)：
第一個(gè)，通過(guò)前人的研究，月球大概在三十億年之前，月球就基本上沒(méi)有火山活動(dòng)了，這個(gè)主要是因?yàn)樵虑虻囊恍┓派湫缘纳鸁嵩匾呀?jīng)沒(méi)有能量能夠維持火山的噴發(fā)。第二個(gè)就是月球的水，月球上是沒(méi)有海洋的，另外月球被認(rèn)為是跟地球大撞擊形成的，所以月球上整體的水的含量非常匱乏。因?yàn)樵虑虻乃浅Ｉ?、生熱的元素逐漸減少，又因?yàn)樵虑蛏蠜](méi)有大氣，導(dǎo)致月球上的火山活動(dòng)在三十億年之前基本上已經(jīng)沒(méi)有了。因?yàn)闆](méi)有水，所以它也沒(méi)有俯沖板片，導(dǎo)致月球跟地球完全不一樣，包括現(xiàn)在我們地球上有七個(gè)板塊，板塊之間有板塊構(gòu)造的存在，這是因?yàn)榈厍蛴兴?，所以這個(gè)就導(dǎo)致月球和地球差異非常明顯。另外，就是你說(shuō)的這個(gè)PKT地體，PKT地體它這個(gè)地方主要是富集了一些生熱的元素，所以在這個(gè)地方你能看到大量的黑色的地體，它就屬于月海的玄武巖，我們采到的月球隕石主要可能就是來(lái)自于月海的玄武巖。
我不知道這樣的回答，可以嗎？
同學(xué)：
謝謝老師。
孫老師：
好的，不知道田博士有沒(méi)有上過(guò)礦物學(xué)、結(jié)晶學(xué)這門(mén)課呢？當(dāng)時(shí)學(xué)的時(shí)候，有沒(méi)有什么經(jīng)驗(yàn)給大家分享？
田老師：
我當(dāng)時(shí)上礦物晶體學(xué)大概十年前了，然后現(xiàn)在的情況，我當(dāng)時(shí)學(xué)的時(shí)候沒(méi)那么系統(tǒng)，很多礦物晶體學(xué)的知識(shí)到后來(lái)讀碩士、博士的時(shí)候都給忘了，我覺(jué)得在后期做研究的時(shí)候，前面的一些基礎(chǔ)工作忘了其實(shí)挺麻煩的，你到時(shí)候還要去補(bǔ)回來(lái)，所以我覺(jué)得本科的時(shí)候最好是把礦物學(xué)、晶體學(xué)這些學(xué)得比較好一點(diǎn)。比如說(shuō)，這些礦物是硅酸鹽結(jié)構(gòu)啊，還是單鏈結(jié)構(gòu)，雙鏈結(jié)構(gòu)，把這些學(xué)清楚，還有這些礦物的化學(xué)組成，包括硅酸鹽各個(gè)礦物的化學(xué)族，比如說(shuō)尖晶石族有鉻尖晶石等等不同的礦物族，再比如說(shuō)輝石，它有單斜輝石，有斜方輝石，其中斜方輝石又包括各種各樣的輝石。我建議大家學(xué)的時(shí)候，把每一個(gè)族里面不同的礦物都認(rèn)識(shí)清楚，因?yàn)檫@樣方便你今后做科學(xué)研究的時(shí)候能夠理得更準(zhǔn)確。最好的方式就是在學(xué)習(xí)的時(shí)候，要帶著一個(gè)科學(xué)問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題哪怕很小，就比如說(shuō)“我就想知道單斜輝石它包括哪幾個(gè)礦物”，那么你帶著這樣一個(gè)問(wèn)題做鏡下觀(guān)察的時(shí)候就要注意，單斜輝石族里面，不同的礦物它們晶體的結(jié)構(gòu)、組成有什么差異，或者他們的化學(xué)式上到底是哪個(gè)元素變了，哪個(gè)含量多少導(dǎo)致單斜輝石分了那么多個(gè)族。這樣對(duì)將來(lái)做科學(xué)研究非常有幫助。
孫老師：
好的，謝謝田博士今天的分享。
田老師：
謝謝。
