我国科学院院士李献华：跑出月壤研讨的“我国速度”

liukang20242个月前 (05-17)吃瓜热门364

“月球直到20亿年前仍存在岩浆活动。”

2021年10月19日，嫦娥五号月球科研样品最新研讨效果发布，我国科学院院士、我国科学院地质与地球物理研讨所研讨员李献华宣告的这一定论，将科学界认知的月球岩浆活动完毕时刻拖延了8亿年。

在这场发布会上，李献华进行了半个多小时的精彩陈述，媒体记者没有看出来的是，因为患有白内障，他只能牵强看清幻灯片上面的大标题，流通的陈述内容全在他的头脑中。

上一年7月12日接纳嫦娥五号样品后，李献华带领团队用7天完结剖析测验、用16天完结论文编撰投稿、用100天在《Nature》上一起宣布三篇文章，跑出了月壤研讨的“我国速度”。

近来，北京市委宣传部、市科协等部分安排展开的2022年北京“最美科技作业者”活动揭晓名单，李献华名列其间。在第六个全国科技作业者日到来之际，他向记者叙述了月壤研讨反面的故事。

2021年10月，李献华在月壤研讨效果新闻发布会上作陈述。受访者供图

和“前史记载”赛跑

在月球北部风暴洋东北角的玄武岩区域，嫦娥五号使命收集了约1731克月球样品。2020年12月，回来器将月球样品带回地球，引爆了我国科学家的研讨热心。咱们火急地想知道，这些月球“土特产”能告知咱们哪些信息。

“太细了！”2021年7月12日，第一批嫦娥五号月球科研样品发放给13家科研机构，李献华第一次拿到了他请求的3克样品，细如尘土的黑色月壤粉末装在两个小玻璃瓶中。

市场上最精密的面粉，粒度为100微米-120微米，而月壤样本均匀粒度只要50微米。一些细碎的颗粒贴在玻璃壁上，让人们不敢容易将瓶口敞开。时代学是嫦娥五号样品研讨的要害，李献华团队要做的，便是测出这些月壤粉末的年纪。

宝贵的样品抵达中科院地质与地球物理研讨所后，李献华立刻带领团队投入了研讨。只是53个小时后，他们就取得了嫦娥五号玄武岩第一个定年数据；第7天，团队完结悉数预订剖析使命；对取得的新数据进行解读、研讨和论文写作后，他们在7月28日-30日完结了三篇研讨论文；10月19日，三篇论文在《Nature》一起在线宣布。

研讨效果提醒——月球样品玄武岩构成年纪为20.30±0.04亿年，是现在月球上承认的最年青火山岩。“这个精度十分高，只要400万年的差错，相对差错仅有千分之二，是很准确的效果。”

李献华解说，岩浆效果是一个星球有生命力的表现。了解月球最终的，即最年青的岩浆活动完毕于何时，就能知道月球在何时变得没有生机，即了解月球“死”于何时。在此之前，地球上的月球陨石，以及美国、苏联收集而来的月球样本“告知”人们，月球的岩浆活动继续到大约28亿年前。此次的研讨确证月球的火山活动能够继续到20亿年前，这意味着，月球比之前人们的认知“多活”了8亿岁。

此次研讨为何如此“赶时刻”？李献华直言，科研的赛跑不能只和自己比较。

1969年7月，阿波罗11号登月。“美国科学家于当年9月拿到月球样本，次年1月宣布研讨效果，他们用了4个月的时刻。假如我国科学家得到样本之后一年半载都拿不出效果，是影响咱们的学术名誉的。”

此次取得样本后，中科院地质与地球物理研讨所所长吴福元院士当即招集咱们开项目发动会，还提出两个要求：7天内要完结嫦娥五号玄武岩的同位素定年、岩石地球化学、Sr、Nd、H同位素和水含量剖析，再用7天完结论文的写作和投稿。“咱们用约两周的时刻完结了上述作业，第100天在《Nature》上一起在线宣布了3篇论文，这是我国学术实力很好的表现。”李献华说。

2011年10月，李献华在离子探针试验室作业。受访者供图

工欲善其事，必先利其器

“时机总是留给预备好了的人。”关于这次快速完结月壤定年研讨，李献华领导的团队好像早已稳操胜券。

要承认一块岩石的肯定年纪，最准确的办法是放射性同位素定年。研讨寻觅富铀的含锆矿藏是承认年纪的重要环节。

因为月球几乎是真空环境，表层月壤因为屡次碰击而细碎。嫦娥五号月壤样品均匀粒度大约只要50微米，只要少数岩屑粗一些，大约有几百微米，单个抵达毫米级。科研人员首要要在岩屑中寻觅最适合铀-铅同位素定年的含铀矿藏，这些矿藏十分细微，一般只要3-4微米，很少超越7、8微米。准确测定这么细微的矿藏的年纪十分困难，需求用十分高精尖的测定技能。

科研人员运用离子探针仪器，将聚集的一次离子束“打”到方针矿藏上，从而对样品进行剖析。“就像打靶相同，假如打到周围了，将影响剖析的精度和准确度。”李献华说，这就要求离子探针剖析束斑直径要比3微米的矿藏还小。

科研团队心中有数，他们早已做好了技能储备。

李献华回想，上世纪90时代，我国科研条件落后，因为没有好的仪器设备，许多同位素地球化学试验要经过国际交流的办法，到国外的试验室进行。工欲善其事，必先利其器。进入新世纪以来，跟着国家对科学研讨投入的继续加大，李献华领衔建设了中科院地质与地球物理研讨所的离子探针试验室，研宣布多项处于国际领先水平的微区原位同位素定年新技能新办法。

团队用了3年的时刻，将锆石U（铀）-Pb（铅）同位素系统定年的空间分辨率从传统的10-20微米提高到5微米，又用了10年时刻，将离子空间分辨率进一步提高到<3微米的国际领先水平，为嫦娥五号样品快速测年供给了技能支持。

“从5微米降到3微米，看似只前进了一点点，其实难度十分大。10年来，咱们是十分辛苦的。”李献华说。

除了做好技能储备，团队还曾运用阿波罗号带回的月尘进行“演练”，验证整个技能流程的可行性。

中科院地质与地球物理研讨所的博物馆有一份“身世不明”的标示为“阿波罗月尘”的样品，已存放了50年，却没有更多其详细信息，真实性存疑。2021年春节前，吴福元所长将169毫克样本交给李献华，让科研团队先把它们搞清楚。“咱们花了两个星期把一切效果做出来，证明这个月尘样品是阿波罗11号使命收集的样品。这是咱们在拿到嫦娥五号月壤样品前的一次‘实战演练’，既训练了部队，又增强了决心。”

等待研讨火星及月背样本

在研讨月壤之前，李献华现已和地球科学打了40年交道。

1979年，高考效果优异的他考取了我国科学技能大学。遵从教师的主张，他挑选了听起来“巨大上”的地球和空间科学系，并“误打误撞”选定了地球化学专业。大学时，他对我国科学院地球化学研讨所主编的《月质学研讨进展》一书产生浓厚爱好，报考了该所天体化学专业欧阳自远的研讨生。不料当年欧阳自远太受欢迎，他被调剂到同位素地质时代学专业。

“浅显地讲，同位素地质时代学便是测定石头的年纪。我便是做地质效果‘在什么时候产生’和‘为什么产生’的研讨。”虽然本科生和研讨生的专业挑选充溢了偶尔要素，但李献华很快从中找到了趣味。

“国际那么大，你不想去看看吗？”提起地球科学研讨，李献华不惜于用最夸姣的词汇描绘它。户外地质调查充溢艰苦，但在他看来，这个工作让他得以走遍国际的山水，了解地球上不同的习俗文明，视界也变得愈加开阔。

在爱好面前，困难无关宏旨。这些年来，他领导的团队科研立异效果频出。他们最早承认华夏陆块存在太古代地壳物质，将Rodinia超大陆聚合时刻从10亿年修订至9亿年；准确测定了华南新元古代冰期的开始年纪，为雪球地球理论和地质年表成冰系时代的修订供给了要害时代学依据。

新冠疫情之前的最终一次调查，李献华抵达了加拿大阿卡斯塔区域，这片接近北极圈的无人区，保留着地球上现在已知仅有的40亿年前的岩石。“要想了解地球构成演化前史，咱们当然需求这些最陈旧的记载。”

他的下一个方针是格陵兰岛西部。“现在，地球上存在38亿年曾经陈旧岩石的区域不超越5、6个，格陵兰岛西部便是其间之一，但这儿的38亿年陈旧岩石出露规划最大，抵达公里级。”李献华口气中带着神往。

在地球之外，他还将探究的目光放向整个银河系。“火星也是咱们等待研讨的行星，虽然比较月球，火星采样更难。”除了月球“风暴洋”中年青的玄武岩，他还期望提前拿到月球反面的样本，揭开月球诞生初期的奥妙。

■释疑

1.嫦娥五号采样点怎么承认？

嫦娥五号使命从月球北部风暴洋东北角的玄武岩区域收集了约1731克月球样品。之所以挑选这个地址，部分原因是那里或许有比苏联的月球使命和阿波罗使命看望的区域更年青的岩浆物质。

李献华表明，要研讨月球全体的演化状况，有限的登月点和样品量是不行的。还有一种办法是碰击坑计算定年办法。月球上大气淡薄，经常被陨石碰击，碰击坑多且层层叠叠的当地，构成时代比较长远。科研人员经过阿波罗计划登月点碰击坑的密度和收集样品的年纪拟合出一个碰击坑计算时代曲线，用这个曲线就能够预算出月球外表其他区域玄武岩的年纪。

此次嫦娥五号采样点为风暴洋区域，碰击坑密度要小许多，经过碰击坑时代学曲线预算，这儿的玄武岩年纪大概在12亿年前到30亿年前之间。虽然不承认性很大，但仍然能够初步判断，这儿的玄武岩比阿波罗登月点更年青，因而承认了这儿为嫦娥五号使命采样点。

2.月球的火山活动为什么继续这么久？

此次研讨效果提醒，嫦娥五号月球样品玄武岩构成于20亿年前，将月球上的火山效果完毕时刻拖延了8亿年，改写了以往对月球年青玄武岩源区组成和构成机制的知道。

李献华介绍，升温、降压、富水三个要素是一切星球上岩石产生熔融的最基本的物理化学条件，月球也不破例。

升温需求有比较多的放射性生热元素，比方钾、铀和钍等。风暴洋区域外表上看起来钍含量较高，以往科研人员估测这儿的放射性生热元素较多。但此次的研讨效果推翻了咱们的预期：嫦娥五号着陆的风暴洋月幔的放射性生热元素并不富集，阐明放射性元素并非导致这儿岩浆活动的首要原因。

岩石因为富含水降低了熔点，也或许导致岩浆活动。科研人员又从“水”的视点对样品进行了剖析。效果发现，岩石样品的源区中水含量并不高，每克月幔岩石只含1至5微克（即百万分之一至百万分之五）的水，和阿波罗玄武岩最低的月幔源区相同，都归于水含量较低的。这阐明月幔十分“干”。这给全国际科学家提出了新的科学问题。

李献华说，科研人员正在从第三个要素——压力方面进行研讨。“这个难度会更高一点，现在正在研讨之中。”

他说，月球是个小星体，质量只要地球的1.2%，所以曩昔以为其散热快。从现在的研讨效果看来，月球散热（冷却）比咱们幻想中慢得多，科研人员需求重新研讨月球的热演化过程。

3.月壤还有哪些研讨价值和含义？

李献华介绍，月球外表大气淡薄，上面的石头遭受太阳风的辐射变得十分细，陨石进犯也会将月壤击碎。因为月球外表是真空的，被击碎的碎屑能够飞到成百上千公里以外。

经过光谱研讨，科研人员了解到，嫦娥五号收集的玄武岩首要来自原地，还有少数来自于其他区域的样品的信息。“这便是月壤样品的特殊性。”

李献华说，一个星球是否有磁场，对星球的维护是十分重要的。月球的磁场在30亿年前还存在，在10亿年前或许20亿年前消失，可是详细时刻并不承认。经过此次得到的20亿年前的最年青样品，科研人员或将有时机窥视月球磁场的强度等奥妙。

一起，因为月球上没有大气，无法阻挠太阳风粒子辐射。太阳风的组成中绝大部分是氢和氦，会注入月壤中，月壤中也发现了氦三动力。因而，太空风化也是研讨月球的重要方向。

“月壤富含的信息十分丰富，国内不同的团队正在展开研讨，信任很快会有很多效果宣布出来。”李献华说。

新京报记者张璐

修改白爽校正李立军

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