圖1. Yvette Naudè及其同事們在納米比亞的巫婆圓環處取樣。
自然界的奇幻現象一直吸引著科學家尋找其成因。對于非洲納米比亞沙漠中的的巫婆圓環，如今，科學家們已能運用先進的分析方法進行研究，并得出了合理的科學解釋。
位于非洲西南部的納米比亞共和國，大部分的土地是荒草交織的沙漠地帶，晝夜溫差較大，一些地方的白天氣溫超過50℃，而夜間則下降到0℃以下。每天當太陽升起時，沙漠溫度迅速上升，同時還將光線撒落到充滿奇幻色彩的納米比亞廣漠荒原上的巫婆圓環，環環相扣，賦予沙漠淺棕色膚色的面容。由于其特別的排列方式，在北納米比亞生活的游牧民族辛巴人稱之為棲身于沙漠中的龍，口中噴火，隨熱風升出地面，呈圓環狀而降入地里。
這種充滿浪漫氣息的描述當然沒有科學道理。針對巫婆圓環如何形成，有一些勘探者認為：這種巫婆圓環是由那些覓食的小型等翅目昆蟲在啃食荒漠野草時所留下的圓形孔洞。還有一些專家則懷疑是螞蟻所為，螞蟻按照這種特殊的幾何形狀吃掉了土壤中的種子，從而造成這種同心圓式的無植被的狀態。
“但情況并非如此”，南非比勒陀利亞首都大學的科學家們認為。這些從事化學領域的專家Yvette Naudè、Egmont Rohwer 和植物學專家Gretel van Rooyen女士特意前往納米比亞，應用儀器、化學分析的手段，針對巫婆圓環的奇怪自然現象，找出了符合自然科學的合理解釋。他們的研究首次運用嚴肅縝密的推論，用地球化學過程解釋了巫婆圓環的成因。
巫婆圓環植被稀少之謎
Naudè 及其同事們在沙漠現場所做的第一件事，就是進行實地勘察，類似于刑偵警察勘察犯罪現場。Yvette Naudè描述了他們的觀測結果：巫婆圓環呈圓形，不含植被，土壤有一些枯黃或者死亡的植被，一般情況下，四周圍繞著比較茂盛的植被。枯黃草叢中沒有發現任何被昆蟲啃食的痕跡。根據巫婆圓環邊緣部分具有茂盛植被的現象，起初的推斷是，這些植物也許釋放著某種與其他植物相克的化合物，從而傷害那些在其生活范圍內具有競爭性的植被。
那么位于巫婆圓環邊緣的茂盛植被真的有此能耐嗎？這種僅通過表面觀察而作出的推斷看似合理，然而栽培試驗表明，植物相克說并不成立，畢竟巫婆圓環本身還不是完全不含植被的沙質土地。“這種巫婆圓環中的沙地看上去令人震撼，”研究者們說：“它類似于人們在海底發現的、源于從地底上升的氣泡所形成的彈坑景狀”。為追溯這種因果關系，Yvette Naudè 及其同事提出了另一種假設，地球形成時的氣體和液體對這種巫婆圓環的產生起了作用。
圖2. 烯烴和烷烴的熱解析測量色譜圖。
檢測土壤中的氣體組成
科學家們按照如下方式啟動調查研究：在所選定的巫婆圓環地帶以及其中沒有植物異常的區域，對土地的氣體組成進行測定。在白天，采用便攜式氣體分析儀多次測量一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、氧氣（O2）、硫化氫（H2S）以及二氧化氮（NO2）的含量。Naudè表示，根據這種氣體分析結果可對土壤化學作出若干結論。CO指示出天然氣的存在，天然氣雖然不具備對植物的毒性，可是對植被生長而言也是一種消極因素。研究已經證明，碳氫化合物提高了具有氧化作用的細菌和對硫起還原作用細菌的活性，從而降低了土壤中氧的含量。“這與巫婆圓環中氧含量周期性的降低無關，氣體的出現本身就可導致有機酸的形成，反過來又會影響到土壤的pH值，以及重要的礦物質的供應。”Naudè解釋道。
熱解析-GC/MS分析
為了對巫婆圓環土壤中的碳氫化合物的組成提供準確數據，科學家們采用了熱解析（Gerstel TDS）與GC/MS聯用的分析方法。“該法的優點是：成本低廉、操作簡單且無需使用有毒的有機溶劑。”Yvette Naudè表示。熱解析-GC/MS法在提取、分離過程中所需的樣品量遠遠少于傳統的索氏抽提法。科學家們在選定地點取樣，將40g樣品被裝入備用的玻璃容器中，置入具有聚二甲基硅氧烷外膜的Gerstel攪拌磁棒，將容器密封，于50℃溫度下加熱50min。當攪拌磁棒從樣品溶液中移除時，在磁棒的一端發現粘附明顯的磁性顆粒，進一步證實了碳氫化合物在土壤中微滲漏的理論。
圖3. 應用聚二甲基硅氧烷軟管對巫婆圓環沙土樣品進行有機物的提取，這種軟管適用于Gerstel 熱解析系統的玻璃內襯，該內襯連接GC/MS分析。
為了消除磁性顆粒對熱解析-GC/MS的干擾，Naudè采用了1根長約10cm的聚二甲基硅氧烷軟管作為提取介質，將其與土壤樣品一起于容器中搖動，加溫后將提取管移出，轉入熱解析系統(TDS)的玻璃內襯管，對有機分析溶質進行熱解析，然后在冷進樣系統（KAS）中進行冷聚焦，借助溫度程序轉入GC柱上進行分離。檢測得到的結果支持了科學家們的假設：“實驗檢測到烯烴，此乃烷烴經微生物降解所得的產物。巫婆圓環中心部分土壤中的烯烴含量較高，而在基體中含量較少，這就是說，土壤中不存在植物生態學異常。”結論再一次證明了土壤中具有高的微生物活性，根據這種烷烴和烯烴的含量比例關系，可以推斷巫婆圓環中具有微生物活性的范圍很小。“我們的結果不支持關于螞蟻的理論”， Naudè如是說。
關于熱解析技術
采用熱解析技術可以規避在進行傳統萃取如索氏抽提操作中所出現的問題。熱解析技術的特點：
無需使用有毒的溶劑；
僅需少量的樣品用量；
操作簡便。
正是憑借這些特性，熱解析成為水質和環境分析有效的樣品前處理技術。