中國(guó)禮中國(guó)音樂(lè)《月亮到20億年前仍有巖漿活動(dòng)》中國(guó)禮中國(guó)音樂(lè)去年xx月xx日收到嫦娥五號(hào)樣本后，李先華帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)用7天完成分析測(cè)試，用16天完成論文撰寫(xiě)和投稿，同時(shí)在《自然》雜志上發(fā)表三篇文章，跑出月壤研究的“中國(guó)速度”。
和“歷史記錄”賽跑“太細(xì)了！
”xx年xx月xx日，第一批嫦娥五號(hào)月球科研樣品發(fā)放給13家科研機(jī)構(gòu)，李獻(xiàn)華第一次拿到了他申請(qǐng)的3克樣品，細(xì)如塵埃的黑色月壤粉末裝在兩個(gè)小玻璃瓶中。
市場(chǎng)上最精細(xì)的面粉，粒度為100微米-120微米，而月壤樣本平均粒度只有50微米。
一些細(xì)碎的顆粒貼在玻璃壁上，讓人們不敢輕易將瓶口開(kāi)啟。
年代學(xué)是嫦娥五號(hào)樣品研究的關(guān)鍵，李獻(xiàn)華團(tuán)隊(duì)要做的，就是測(cè)出這些月壤粉末的年齡。
珍貴的樣品到達(dá)中科院地質(zhì)與地球物理研究所后，李獻(xiàn)華馬上帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)投入了研究。
僅僅53個(gè)小時(shí)后，他們就獲得了嫦娥五號(hào)玄武巖第一個(gè)定年數(shù)據(jù)；
第7天，團(tuán)隊(duì)完成全部預(yù)定分析任務(wù)；
對(duì)獲得的新數(shù)據(jù)進(jìn)行解讀、研討和論文寫(xiě)作后，他們?cè)趚x月xx日-xx日完成了三篇研究論文；
xx月xx日，三篇論文在《Nature》同時(shí)在線發(fā)表。
研究結(jié)果揭示——月球樣品玄武巖形成年齡為
20.30±0.04億年，是目前月球上確定的最年輕火山巖。
“這個(gè)精度非常高，只有400萬(wàn)年的誤差，相對(duì)誤差僅有千分之
二，是很精確的結(jié)果。
”
李獻(xiàn)華解釋?zhuān)瑤r漿作用是一個(gè)星球有生命力的表現(xiàn)。
了解月球最后的，即最年輕的巖漿活動(dòng)結(jié)束于何時(shí)，就能知道月球在何時(shí)變得沒(méi)有活力，即了解月球“死”于何時(shí)。
在此之前，地球上的月球隕石，以及美國(guó)、蘇聯(lián)采集而來(lái)的月球樣本“告訴”人們，月球的巖漿活動(dòng)持續(xù)到大約28億年前。
此次的研究確證月球的火山活動(dòng)可以持續(xù)到20億年前，這意味著，月球比之前人們的認(rèn)知“多活”了8億歲。
此次研究為何如此“趕時(shí)間”？
李獻(xiàn)華直言，科研的賽跑不能只和自己比較。xx年xx月，阿波羅11號(hào)登月。
“美國(guó)科學(xué)家于當(dāng)年xx月拿到月球樣本，次年xx月發(fā)表研究成果，他們用了4個(gè)月的時(shí)間。
如果中國(guó)科學(xué)家得到樣本之后xx年半載都拿不出結(jié)果，是影響我們的學(xué)術(shù)聲譽(yù)的。
”
此次獲得樣本后，中科院地質(zhì)與地球物理研究所所長(zhǎng)吳福元院士立即召集大家開(kāi)項(xiàng)目啟動(dòng)會(huì)，還提出兩個(gè)要求：7天內(nèi)要完成嫦娥五號(hào)玄武巖的同位素定年、巖石地球化學(xué)、Sr、Nd、H同位素和水含量分析，再用7天完成論文的寫(xiě)作和投稿。
“我們用約兩周的時(shí)間完成了上述工作，第100天在《Nature》上同時(shí)在線發(fā)表了3篇論文，這是我國(guó)學(xué)術(shù)實(shí)力很好的體現(xiàn)。
”李獻(xiàn)華說(shuō)。
xx年xx月，李獻(xiàn)華在離子探針實(shí)驗(yàn)室工作。
受訪者供圖 工欲善其事，必先利其器“機(jī)會(huì)總是留給準(zhǔn)備好了的人。
”對(duì)于這次快速完成月壤定年研究，李獻(xiàn)華領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)似乎早已勝券在握。
要確定一塊巖石的絕對(duì)年齡，最精確的方法是放射性同位素定年。
研究尋找富的含鋯礦物是確定年齡的重要環(huán)節(jié)。
由于月球幾乎是真空環(huán)境，表層月壤因?yàn)槎啻巫矒舳?xì)碎。
嫦娥五號(hào)月壤樣品平均粒度大約只有50微米，只有少數(shù)巖屑粗一些，大約有幾百微米，個(gè)別達(dá)到毫米級(jí)。
科研人員首先要在巖屑中尋找最適合-鉛同位素定年的含礦物，這些礦物非常細(xì)小，一般只有3-4微米，很少超過(guò)
7、8微米。
精確測(cè)定這么細(xì)小的礦物的年齡非常困難，需要用非常高精尖的測(cè)定技術(shù)。
科研人員使用離子探針儀器，將聚焦的一次離子束“打”到目標(biāo)礦物上，從而對(duì)樣品進(jìn)行分析。
“就像打靶一樣，如果打到旁邊了，將影響分析的精度和準(zhǔn)確度。
”李獻(xiàn)華說(shuō)，這就要求離子探針?lè)治鍪咧睆揭?微米的礦物還小。
科研團(tuán)隊(duì)成竹在胸，他們?cè)缫炎龊昧思夹g(shù)儲(chǔ)備。團(tuán)隊(duì)用了xx年的時(shí)間，將鋯石U（）-Pb（鉛）同位素體系定年的空間分辨率從傳統(tǒng)的10-20微米提高到5微米，又用了xx年時(shí)間，將離子空間分辨率進(jìn)一步提高到
“從5微米降到3微米，看似只進(jìn)步了一點(diǎn)點(diǎn)，其實(shí)難度非常大。
xx年來(lái)，大家是非常辛苦的。
”李獻(xiàn)華說(shuō)。
除了做好技術(shù)儲(chǔ)備，團(tuán)隊(duì)還曾使用阿波羅號(hào)帶回的月塵進(jìn)行“演練”，驗(yàn)證整個(gè)技術(shù)流程的可行性。期待研究火星及月背樣本
在研究月壤之前，李獻(xiàn)華已經(jīng)和地球科學(xué)打了xx年交道。xx年，高考成績(jī)優(yōu)異的他考取了中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)。
聽(tīng)從老師的建議，他選擇了聽(tīng)起來(lái)“高大上”的地球和空間科學(xué)系，并“誤打誤撞”選定了地球化學(xué)專(zhuān)業(yè)。
大學(xué)時(shí)，他對(duì)中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所主編的《月質(zhì)學(xué)研究進(jìn)展》一書(shū)產(chǎn)生濃厚興趣，報(bào)考了該所天體化學(xué)專(zhuān)業(yè)歐陽(yáng)自遠(yuǎn)的研究生。
不料當(dāng)年歐陽(yáng)自遠(yuǎn)太受歡迎，他被調(diào)劑到同位素地質(zhì)年代學(xué)專(zhuān)業(yè)。
“通俗地講，同位素地質(zhì)年代學(xué)就是測(cè)定石頭的年齡。
我就是做地質(zhì)作用‘在什么時(shí)候發(fā)生’和‘為什么發(fā)生’的研究。
”盡管本科生和研究生的專(zhuān)業(yè)選擇充滿了偶然因素，但李獻(xiàn)華很快從中找到了樂(lè)趣。
“世界那么大，你不想去看看嗎？
”提起地球科學(xué)研究，李獻(xiàn)華不吝于用最美好的詞匯描述它。
野外地質(zhì)考察充滿艱辛，但在他看來(lái)，這個(gè)職業(yè)讓他得以走遍世界的山水，了解地球上不同的風(fēng)俗文化，視野也變得更加開(kāi)闊。
在興趣面前，困難無(wú)足輕重。
這些年來(lái)，他領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)科研創(chuàng)新成果頻出。
他們最早確認(rèn)華夏陸塊存在太古代地殼物質(zhì)，將Rodinia超聚合時(shí)間從10億年修訂至9億年；
精確測(cè)定了華南新元古代冰期的起始年齡，為雪球地球理論和地質(zhì)年表成冰系時(shí)代的修訂提供了關(guān)鍵年代學(xué)證據(jù)。
新冠疫情之前的最后一次考察，李獻(xiàn)華到達(dá)了加拿大阿卡斯塔地區(qū)，這片靠近北極圈的無(wú)人區(qū)，保留著地球上目前已知唯一的40億年前的巖石。
“要想了解地球形成演化歷史，我們當(dāng)然需要這些最古老的記錄。
”
他的下一個(gè)目標(biāo)是格陵蘭島西部。
“目前，地球上存在38億年以前古老巖石的地區(qū)不超過(guò)
5、6個(gè)，格陵蘭島西部就是其中之
一，但這里的38億年古老巖石出露規(guī)模最大，達(dá)到公里級(jí)。
”李獻(xiàn)華語(yǔ)氣中帶著向往。
在地球之外，他還將探索的目光放向整個(gè)銀河系。
“火星也是我們期待研究的行星，盡管相比月球，火星采樣更難。
”除了月球“風(fēng)暴洋”中年輕的玄武巖，他還希望早日拿到月球背面的樣本，揭開(kāi)月球誕生初期的奧秘。
■釋疑
1.嫦娥五號(hào)采樣點(diǎn)如何確定？嫦娥五號(hào)任務(wù)從月球北部風(fēng)暴洋東北角的玄武巖區(qū)域采集了約1731克月球樣品。
之所以選擇這個(gè)地點(diǎn)，部分原因是那里可能有比蘇聯(lián)的月球任務(wù)和阿波羅任務(wù)探訪的地區(qū)更年輕的巖漿物質(zhì)。
李獻(xiàn)華表示，要研究月球整體的演化情況，有限的登月點(diǎn)和樣品量是不夠的。
還有一種方法是撞擊坑統(tǒng)計(jì)定年方法。
月球上大氣稀薄，經(jīng)常被隕石撞擊，撞擊坑多且層層疊疊的地方，形成年代比較久遠(yuǎn)。
科研人員通過(guò)阿波羅計(jì)劃登月點(diǎn)撞擊坑的密度和采集樣品的年齡擬合出一個(gè)撞擊坑統(tǒng)計(jì)年代曲線，用這個(gè)曲線就可以估算出月球表面其他地區(qū)玄武巖的年齡。
此次嫦娥五號(hào)采樣點(diǎn)為風(fēng)暴洋地區(qū)，撞擊坑密度要小很多，通過(guò)撞擊坑年代學(xué)曲線估算，這里的玄武巖年齡大概在12億年前到30億年前之間。
盡管不確定性很大，但仍然可以初步判斷，這里的玄武巖比阿波羅登月點(diǎn)更年輕，因此確定了這里為嫦娥五號(hào)任務(wù)采樣點(diǎn)。
2.月球的火山活動(dòng)為什么持續(xù)這么久？此次研究結(jié)果揭示，嫦娥五號(hào)月球樣品玄武巖形成于20億年前，將月球上的火山作用結(jié)束時(shí)間延后了8億年，刷新了以往對(duì)月球年輕玄武巖源區(qū)組成和形成機(jī)制的認(rèn)識(shí)。
李獻(xiàn)華介紹，升溫、降壓、富水三個(gè)要素是所有星球上巖石發(fā)生熔融的最基本的物理化學(xué)條件，月球也不例外。升溫需要有比較多的放射性生熱元素，比如鉀、和釷等。
風(fēng)暴洋地區(qū)表面上看起來(lái)釷含量較高，以往科研人員推測(cè)這里的放射性生熱元素較多。
但此次的研究結(jié)果顛覆了大家的預(yù)期：嫦娥五號(hào)著陸的風(fēng)暴洋月幔的放射性生熱元素并不富集，說(shuō)明放射性元素并非導(dǎo)致這里巖漿活動(dòng)的主要原因。
巖石因?yàn)楦缓档土巳埸c(diǎn)，也可能導(dǎo)致巖漿活動(dòng)。
科研人員又從“水”的角度對(duì)樣品進(jìn)行了分析。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，巖石樣品的源區(qū)中水含量并不高，每克月幔巖石只含1至5微克（即百萬(wàn)分之一至百萬(wàn)分之
五）的水，和阿波羅玄武巖最低的月幔源區(qū)一樣，都屬于水含量較低的。
這說(shuō)明月幔非?！案伞薄?/p>
這給全世界科學(xué)家提出了新的科學(xué)問(wèn)題。
李獻(xiàn)華說(shuō)，科研人員正在從第三個(gè)要素——壓力方面進(jìn)行研究。
“這個(gè)難度會(huì)更高一點(diǎn)，目前正在研究之中。
”
他說(shuō)，月球是個(gè)小星體，質(zhì)量只有地球的
1.2%，所以過(guò)去認(rèn)為其散熱快。
從現(xiàn)在的研究結(jié)果看來(lái)，月球散熱（冷卻）比我們想象中慢得多，科研人員需要重新研究月球的熱演化過(guò)程。
3.月壤還有哪些研究?jī)r(jià)值和意義？李獻(xiàn)華介紹，月球表面大氣稀薄，上面的石頭遭受太陽(yáng)風(fēng)的輻射變得非常細(xì)，隕石攻擊也會(huì)將月壤擊碎。
由于月球表面是真空的，被擊碎的碎屑可以飛到成百上千公里以外。
李獻(xiàn)華說(shuō)，一個(gè)星球是否有磁場(chǎng)，對(duì)星球的保護(hù)是非常重要的。
月球的磁場(chǎng)在30億年前還存在，在10億年前或者20億年前消失，但是具體時(shí)間并不確定。
通過(guò)此次得到的20億年前的最年輕樣品，科研人員或?qū)⒂袡C(jī)會(huì)窺探月球磁場(chǎng)的強(qiáng)度等奧秘。
同時(shí)，由于月球上沒(méi)有大氣，無(wú)法阻擋太陽(yáng)風(fēng)粒子輻射。
太陽(yáng)風(fēng)的組成中絕大部分是氫和氦，會(huì)注入月壤中，月壤中也發(fā)現(xiàn)了氦三能源。
因此，太空風(fēng)化也是研究月球的重要方向。
同時(shí)，由于月球上沒(méi)有大氣，無(wú)法阻擋太陽(yáng)風(fēng)粒子輻射。
太陽(yáng)風(fēng)的組成中絕大部分是氫和氦，會(huì)注入月壤中，月壤中也發(fā)現(xiàn)了氦三能源。
因此，太空風(fēng)化也是研究月球的重要方向。
