不久前,中國科學院大學(以下簡稱“國科大”)博士生導師、中國科學院地質與地球物理研究所(以下簡稱“地質地球所”)研究員李秋立團隊,從嫦娥五號帶回月壤樣本中找到3顆火山玻璃珠,證明月球上的火山活動可以追溯到1.2億年前,刷新了人們對月球巖漿活動時限的認知。相關成果發表于國際學術期刊Science(《科學》)。在明月高懸的中秋佳節,和國曉薇一起來聽,國科大師生與月球“雙向奔赴”的故事。
年輕的“脈搏”
約45億年前,月球由一次地月大撞擊產生的碎片聚集而成。幾乎處于全熔狀態的月球,只占地球質量的1.2%,傳統上被認為會在較短時間內喪失熱量,停止巖漿活動。巖漿活動的停止意味著月球在地質演化意義上“死亡”,研究巖漿活動的持續時間,對構建月球熱演化模型有重要意義。在以往研究中,美蘇帶回的月球樣品以及收集到的月球隕石樣品,測定年齡基本大于30億年。因此人們認為,月球的火山活動早已結束。2021年,嫦娥五號玄武巖樣品的精確定年結果表明,20.3(±0.04)億年前月球仍存在較大規模的巖漿活動,這將月球的地質生命延長了約10億年。那么,月球會不會還存在更年輕的火山活動?
懷揣這樣的追問,在“最年輕”的嫦娥五號月壤樣品中,李秋立團隊挑選出約3000顆玻璃珠,通過掃描電鏡、電子探針、離子探針等分析手段,最終鑒定出3顆火山玻璃珠,并進一步對其進行鈾-鉛同位素體系定年,得出結論:這3顆珍貴的火山玻璃珠形成于1.2(±0.15)億年前,代表了月球上存在這一期的火山活動。也就是說,1.2億年前,月球的“脈搏”在跳動。
3顆火山玻璃珠的圖像與鈾-鉛定年結果
這一年輕火山作用的確認,將月球的火山活動時間,又在嫦娥五號玄武巖年齡的基礎上延長了近19億年,遠遠超出了以往的經驗推斷。
不久前,相關成果發表于國際學術期刊Science。國科大2020級地球化學專業博士生王碧雯,國科大博士畢業生、地質地球所在站博士后張謙為論文共同第一作者,地質地球所副研究員何雨旸與研究員李秋立為共同通訊作者。 時鐘撥回到2020年12月17日。當日凌晨,嫦娥五號返回器攜月壤著陸地球,中國擁有了第一份自己的月壤樣品。 來年夏天,王碧雯結束在雁棲湖校區的集中教學后,回所了解到的第一件大事,便是地質地球所關于嫦娥五號樣品的研究工作與成就。 也正是在這一年,李秋立將嫦娥五號月壤樣品中挑選出的3000余顆玻璃珠交到了王碧雯的手中。 月球上的玻璃珠成因有兩種。除了本研究試圖尋找的、由火山活動帶來的“火山玻璃珠”,其余絕大多數都是由大大小小隕石撞擊形成的“沖擊玻璃珠”。在存在大量沖擊玻璃珠的情況下,分辨出極其少的火山玻璃珠已經相當困難,而在無法確定嫦娥五號月壤中是否存在火山玻璃珠的前提下,找到符合條件的、年輕的火山玻璃珠,更是難上加難。一連幾個月,王碧雯每天都在實驗室,與小小玻璃珠打交道,給3000余顆玻璃珠進行“寫真”。它們形態各異,有的像表情包,有的像愛心,有的像海豚,還有的像動漫角色……那些不均一的玻璃珠必然是沖擊成因的,占到了73%以上。王碧雯又對剩余800余顆玻璃珠進行了元素含量方面的分析,的確存在一些符合前人判別標準的火山玻璃珠,然而這些標準是必要并不充分條件。要確認成因,就需要地球化學研究中被稱作“指紋”信息的同位素來證明。王碧雯對上百顆玻璃珠進行了硫同位素研究,發現它們全部都偏重,仍指示撞擊成因。由于機時緊迫,再加上大家普遍認為月壤中沒有火山玻璃珠,團隊著手準備有關“沖擊玻璃珠硫同位素特征”的文章。 這一發現迅速引起強烈反響。經過團隊成員組稿、投稿、修改等努力,一年后,文章在Science正式上線。 三年礪劍,鋒芒始現。 “從游”與“同游” 對王碧雯而言,李秋立不僅是學業上的導師,還是生活中的引路人。在她的印象里,李秋立總是鼓勵式教育,和藹可親,耐心傾聽學生們的分享并給予建議。 “王孫豈愿踏孤征?碧水清波亦鐘情。雯華十色終虛幻,沖出困境建偉功。”這是2023年春天,當王碧雯陷入沮喪低谷時,李秋立送給她的一首藏頭詩。每句詩的開頭連起來,是導師的暖心鼓勵——“王碧雯沖”。 “當時看完特別感動,李老師的鼓勵使我更加充滿動力。”王碧雯動情回憶道。 同樣令王碧雯難忘的,還有科研中團結協作的瞬間:一同在會議室里投屏寫文章討論、做完實驗后一起用美食獎勵自己……大家心往一處想,勁往一處使,最終守得云開見月明。 老師、師兄及合作者的指導,同門的幫助和關心,讓她無數次重燃“沖出困境”的勇氣:“保持好奇,保持期待,付諸努力,就一定有所收獲。” 1.2億年前宇宙的呼喚,終于聽見公元21世紀的回響。不怕吃苦的鉆研精神、不怕失敗的樂觀精神、善于思考的探索精神,是科研工作者始終如一的堅韌品格。 “少年應志存高遠,不畏艱難險阻,砥礪前行,再接再厲,做一個對國家有用的人。”在3顆火山玻璃珠登上Science的那天,王碧雯在微信朋友圈寫下目標與期待。 幾千年來,月球,這位離我們最近的天體鄰居,被賦予無限幻想與傳說。人類的歷史之于宇宙僅是滄海一粟,但在人們望向遠方的眼睛里,那一抹不斷求索、挑戰未知的灼熱將永遠存在。 盈缺交替的輪回里,月球的故事、月壤的密碼,依然在等待探索、破譯。
研究成果發表于Science
嫦娥五號樣品中的玻璃珠
火山玻璃珠的形成模式圖
文章研究團隊(左起分別為:張謙、李秋立、何雨旸、王碧雯)
王碧雯(后排中)與同門合影
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