2021-03-08
專家信息：田恒次 博士，中國科學院地質與地球物理研究所 副研究員
工作和研究方向：同位素地球化學和天體化學
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。
教育經歷：2012年畢業于河北地質大學，2017年在中科院地質地球所獲地球化學博士學位。
孫老師：
前幾節課，我們邀請到“嫦娥”專家來走進我們的課堂。月球樣品采回來之后，我們到底要怎么分析、怎么做呢？其實在我們月球樣品采回來前的幾十年里，已經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到了中國科學院地質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和天體化學。我先簡單介紹一下他的教育背景：他是2012年畢業于河北地質大學，2017年在中科院地質地球所獲地球化學博士學位，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。我給他起了一個名字叫做——“玩轉”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？我們在地球上采到的巖石，怎么能確定它是不是隕石呢？
田老師：
是這樣的，我們國家現在，包括其他國家，采到隕石的話，主要的地方有兩個：
第一個是在南極，在2000年左右的時候，咱們國家跟日本科考隊去南極采了很多的樣品。為什么南極可以采到隕石呢？實際上來講，這個隕石掉到地球上任何一個位置的概率，理論上是一樣的，然后南極因為沒有樹木，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。因為那邊也沒有火山活動，所以就是隕石。然后另外一個就是在沙漠，沙漠非常干燥，植被也非常稀少，隕石掉到沙漠之后，它就會比較容易地保存下來。所以我們現在買的大部分隕石主要是來自西北非，西北非有大量的沙漠，所以隕石去那里撿的也比較多。而如果這個隕石降落到城市，或是掉落到山里面，因為大山里有很多樹，這種情況下是不容易找著的，所以隕石主要是來自于這兩個地方。
第二個問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。這個是我最近一段時間買的隕石，你看這個隕石它實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主要有三個：第一個就是巖石的表面上，它有一個比較明顯的黑黑的殼，這是一個特征，因為隕石降落到地球的時候它要穿過大氣層，穿過大氣層的時候，因為它速度非常快，所以表面這一層的巖石可能會發生熔融，熔融之后會形成黑黑的殼；另一個還是在穿過大氣層的時候，它熔融之后會有一個氣印。這個大家可以想象一下，一個隕石通過風的時候，最接近的風的地方受到風的沖擊力會比較強，巖石的外邊會留下一個氣印；第三個就是我們現在拿到這些隕石，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，拿起來之后會感覺特別重，它會比地球上的巖石重很多。所以這些是常見的用肉眼來判斷隕石的方法。那么進一步，如果要確定它是來自于哪個星球，還是要通過實驗室的化學手段來判斷。
孫老師：
好的。今天機會很難得，我們同學有什么問題可以要向田老師請教嗎？
同學一：
田老師，你好。就是我對您研究興趣里面的一句話“同位素組成研究月球的形成和演化”，按照我們所學知識，一般同位素是用來測年的，我很好奇這個和月球形成和演化有什么關系？
田老師：
你好。是這樣的，同位素體系有很多，地球化學有兩個主要的研究領域。第一個你說的是同位素用來定年的，那么就是同位素年代學，包括銣–鍶、釤–釹，這是兩個同位素定年，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做定年的，另一部分是不適合用來做定年的。那么這個情況下呢，用這些不適合用來做定年的同位素來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：
您的意思就是說通過研究月球上巖石的成因，來判斷它的形成和演化過程嗎？
田老師：
對，就是說它是一個手段，利用研究這些不同類型的月球隕石，或者是這些巖石樣品，研究他們的同位素，來反推這些巖石是怎么形成的。它的成因，就是由什么過程導致的巖石形成，包括有沒有后期過程的加入等等。
這個地方說的同位素組成一般不止這些定年的，定年的又是一個很大的課題，叫同位素年代學嘛，專門是用來研究月球各種類型巖石或者礦物的同位素組成，來判斷它們的形成年齡。
同學：
謝謝田老師。
孫老師：
好的，那我們同學還有什么其他問題嗎？
同學二：
老師，可以聽到嗎？
田老師：
能聽到。
同學：
我有一個小小的問題。就是在去年十二月份，我國發射的那顆“嫦娥”，它帶回來的月壤。據我所了解，嫦娥探測器它著陸的地方應該是位于月球表面的風暴洋，我查了資料以后發現風暴洋的形成與月球火山的活動是有關系的，我在網絡上看的一些月球表面的照片，我個人認為月球火山與地球火山它們在活動以后留下的形態上差距很大。我想問一下，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：
總的來說，月球的火山活動跟地球的火山活動差別非常明顯。我總結一下，大概有這幾點：
第一個，通過前人的研究，月球大概在三十億年之前，月球就基本上沒有火山活動了，這個主要是因為月球的一些放射性的生熱元素已經沒有能量能夠維持火山的噴發。第二個就是月球的水，月球上是沒有海洋的，另外月球被認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。因為月球的水非常少、生熱的元素逐漸減少，又因為月球上沒有大氣，導致月球上的火山活動在三十億年之前基本上已經沒有了。因為沒有水，所以它也沒有俯沖板片，導致月球跟地球完全不一樣，包括現在我們地球上有七個板塊，板塊之間有板塊構造的存在，這是因為地球有水，所以這個就導致月球和地球差異非常明顯。另外，就是你說的這個PKT地體，PKT地體它這個地方主要是富集了一些生熱的元素，所以在這個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自于月海的玄武巖。
我不知道這樣的回答，可以嗎？
同學：
謝謝老師。
孫老師：
好的，不知道田博士有沒有上過礦物學、結晶學這門課呢？當時學的時候，有沒有什么經驗給大家分享？
田老師：
我當時上礦物晶體學大概十年前了，然后現在的情況，我當時學的時候沒那么系統，很多礦物晶體學的知識到后來讀碩士、博士的時候都給忘了，我覺得在后期做研究的時候，前面的一些基礎工作忘了其實挺麻煩的，你到時候還要去補回來，所以我覺得本科的時候最好是把礦物學、晶體學這些學得比較好一點。比如說，這些礦物是硅酸鹽結構啊，還是單鏈結構，雙鏈結構，把這些學清楚，還有這些礦物的化學組成，包括硅酸鹽各個礦物的化學族，比如說尖晶石族有鉻尖晶石等等不同的礦物族，再比如說輝石，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。我建議大家學的時候，把每一個族里面不同的礦物都認識清楚，因為這樣方便你今后做科學研究的時候能夠理得更準確。最好的方式就是在學習的時候，要帶著一個科學問題，這個問題哪怕很小，就比如說“我就想知道單斜輝石它包括哪幾個礦物”，那么你帶著這樣一個問題做鏡下觀察的時候就要注意，單斜輝石族里面，不同的礦物它們晶體的結構、組成有什么差異，或者他們的化學式上到底是哪個元素變了，哪個含量多少導致單斜輝石分了那么多個族。這樣對將來做科學研究非常有幫助。
孫老師：
好的，謝謝田博士今天的分享。
田老師：
謝謝。
