中国陨石学与天体化学研究进展(2011-2020)

过去十年,中国陨石学与天体化学研究迎来了一个迅速发展时期.嫦娥工程与月球采样返回,以及天问一号火星探测等一系列深空探测工程的成功实施,极大地推动了我国陨石学和天体化学的发展;南极格罗夫山陨石库的建设,为学科发展提供了充足样品;高精度同位素分析平台的建设,保障了陨石及地外返回样品的分析研究需要;此外,国内还涌现了一批优秀行星科学与天体化学青年人才.与此同时,通过对各类陨石的研究,在太阳星云起源与演化、火星与月球等类地行星形成与宜居性研究、小行星岩浆作用和含水蚀变及后期撞击历史等方面也取得了重要成果.     

关于我国天体生物学研究的思考

探索地外宜居环境和生命信号是深空探测的重要科学目标.天体生物学在宇宙演化的背景下研究生命的起源、演化、分布和未来,是由地球科学、生命科学、空间科学、天文学、化学等多学科融合形成的一门前沿交叉学科.随着人类深空探测的不断进步,天体生物学的研究内涵在不断拓展,其研究方式也更趋于多元和交叉.概述了天体生物学的内涵和发展态势,研判我国天体生物学研究所面临的机遇与挑战,并对我国在该领域的发展提出了建议.     

撞击过程和内太阳系撞击历史

在太阳系的形成和演化过程中,发生在天体物质间的撞击作用是最重要的地质过程之一.撞击构造是地外天体表面最常见的地貌单元,大部分天体的地貌演化主要受撞击作用控制.撞击过程产生的温度、压力和应变速率比岩石圈内的其他地质过程高多个数量级,形成广泛分布的撞击产物,如气化物、熔融物、冲击变质和变形等.虽然撞击过程转瞬即逝,撞击作用向天体注入能量并改变其内、外结构,对天体的圈层系统产生长远影响.持续撞击在天体表面累积了大量的撞击坑,撞击坑的空间分布反映了受外来撞击的历史.内太阳系在～3. 8 Ga前的撞击频率更高,但是大量撞击盆地是否灾变式的密集形成仍在持续争议;～3. 8 Ga以来的撞击频率趋于稳定,但是缺乏具有明确事件指代性的标定样品.在同一天体上,撞击坑的空间密度指示了相应地质单元的形成时间,因此撞击坑统计常被用于估算地外天体表面地质单元的相对年龄.基于月球软着陆探测任务返回的样品,前人已约束了不同直径的月球撞击坑的形成频率,进而建立了使用撞击坑统计估算月球表面地质单元的绝对模式年龄的方法.另外,内太阳系天体可能经历了相似的撞击历史,因此地-月系统的撞击频率已被缩放至其他类地行星.撞击坑统计是探索太阳系天体的撞击历史、遥估地外天体表面的相对和绝对年龄的主要方法,也是行星地质研究的基本工具.该方法的整体可靠性已得到大量实验的验证.同时,该方法在理论基础和技术细节上还存在大量的不确定性.修正该方法是完善太阳系撞击历史的重要研究内容,也是未来采样返回探测任务的重要科学目标.     

鄂西重力地质灾害的研究

综观鄂西地区岩崩、滑坡、坍方和泥石流等地质灾害的成生，笔者认为大宇宙天体运动控制下的内动力和地质基础背景是其成生变形的主要因素，而与大宇宙天体运动有关的各种外动力条件的影响和变化及人类与生物对自然环境的影响和破坏，则是其成生发展的诱发因素。两种变量（即内、外动力）和天体运动的有机组合与变化趋势，使地质灾害成生的类型及其频度、强度、破坏（形变）特征及变形机制不尽相同，变形特征多样。在发生时间和灾害规模上多受天体运动变化规律所制约。据此可对地质灾害的预测、预报进行更深入地研究，并采取相应的防治措施。     

安徽新桥硫铁矿矿床的Fe同位素初步研究

同位素技术在成矿作用研究中具有重要意义,近代成矿理论的许多重大进展都得益于同位素技术的应用.随着多接收器等离子体质谱同位素测试技术的发展,非传统稳定同位素(Fe、Cu、Zn等)技术被快速地应用于天体、环境、生物以及地质领域.     

现代核分析技术在地学中的应用

现代核分析技术在地学中的应用杨瑞瑛（中国科学院高能物理研究所，北京１０００８０）关键词核分析技术，天体化学，地球化学仅利用传统的岩相学和主元素化学资料来探讨天体的演化、太阳系的物质来源、地外物质的撞击与撞击坑、地球上的各种岩石和矿床的物质来源和形成方...     

常见稀有气体采样容器研究进展及意义

稀有气体是地学研究的重要手段之一,在研究成矿流体来源、壳幔相互作用过程中具有重要的研究意义,其组成及同位素比值是研究天体和地质体来源、成岩机理及各种地质和物理化学过程的关键,可作为地球化学示踪剂。如何有效地在大气圈、水圈和岩石圈进行稀有气体同位素样品的提取,是气体同位素研究急需解决的基础科学问题,所以气体采样容器和取样技术显得尤为重要。本文在文献调研的基础上,对常见的采样容器的优缺点进行对比,并总结了不同采样容器对稀有气体取样的优劣性。常见的气体采集容器包括不锈钢瓶、铜管、玻璃瓶、气体采样袋、注射器等,而稀有气体的采集容器常为不锈钢瓶和铜管等;通过对比表明不锈钢瓶具有耐高温、耐高压、抗强腐蚀、不易燃、不易爆等特点和优越性,在气体样品采集和运输过程中稳定性最好,实验效果也最好;铜管采样效果和密封性好,但操作较为复杂;玻璃采样容器效果次之;石英玻璃瓶虽然操作简便,但是运输保存不便;气体采样袋和注射器的采集和运输储存效果较差。因此建议稀有气体样品采集使用不锈钢瓶和铜管以及钠钙材质的玻璃瓶,不建议将石英材质玻璃容器以及注射器和气袋作为稀有气体的采样工具。该工作可为气体地球化学的研究提供新的参考。     

行星构造:寻求地球演化的踪迹

地质构造是记录地球内、外动力地质作用过程的标志.和地球相似,太阳系其他天体上也发育丰富的地质构造.以研究天体表面的地质构造及其动力学机制为目的的"行星构造学"是建立在构造地质学、遥感地质学和地球物理学等学科基础上的一门新兴前沿学科.由于天体的大小、组分和轨道位置不同,表面构造特征及其形成机制各异.对比研究地球和其他天体...     

陨石学与天体化学(2001～2010)研究进展

21世纪的第一个十年,陨石学与天体化学研究在中国迎来了一个前所未有的发展时期。在南极格罗夫山地区共开展了5次科学考察,收集到超过1万块陨石,提供了珍贵的研究样品;嫦娥工程的立项和一期工程的成功实施,是陨石学与天体化学发展的重大机遇,也是挑战;高精度原位微区分析平台建设的完成,则为地外物质样品的分析提供了关键的技术保证。更为重要的是,通过大量南极陨石的分类工作,培养和锻炼了陨石学研究的青年人才。在此基础上,通过对各化学群陨石的研究,取得了许多重要的成果,包括陨石中前太阳颗粒的发现和研究、陨石中的灭绝核素、太阳星云在不同条件下的凝聚过程、月球陨石和火星陨石的岩石学成因与同位素定年、陨石的冲击变质与高压矿物、以及中国第一个陨石坑的证实等。     

天体地质学研究新进展火星发现有水

最近,地球的近邻——火星成了一颗耀眼的新闻明星,各种媒体争相报道有关火星上发现水的新闻。在火星上发现水,是天体地质学研究的最新进展。天体地质学,又称为宇宙地质学、行星地质学、行星地球科学,是运用地质学原理和技术来研究行星及其卫星、彗星和小行星等凝聚态天体的性质、     

K/T界线铂族元素丰度异常与地外撞击事件

遍布全球的Ｋ／Ｔ界线粘土层不仅存在着铱的丰度异常,其它铂族元素的含量也异常高,并且基本上保持着类似与地外物质中的丰度分布模式,实验表明,在粘土层中铂族元素主要呈可交换离子相和难溶金属相的形式存在在,而在硫化物和硅酸盐相中的含量却很低,这与铂族元素来源于地外物体撞击的成因解释是一致的。     

超声波钻探设备的研究进展及建议

传统钻探技术受限于高轴向力和扭矩的需求,高功率的消耗和沉重的设备。超声波钻探作为一种新型钻探方法,弥补了传统钻探技术的诸多不足,有着广阔的应用前景。尤其在低重力、设备质量限制严格的外星探测领域体现出巨大的优势。首先介绍了超声波钻探设备的发展,然后通过分析现有的超声波钻探设备,重点分析一种外星探测方案的超声波钻探设备,总结出超声波钻探技术方法在外星探测的可行性及应用发展方向。     

地外撞击诱发的气候循环和新冰期的形成

考虑全球反照率随温度的变化,利用零维能量平衡模式,对撞击能量与其诱发的气候循环和注期形成之间的关系进行了计算模拟研究,当撞击坑的直径大于１５￣２０ｋｍ,全球气温在１ａ的时间里会产生快速的降温,降温幅度取决于撞击能量的大小,大约不到１００ａ的时间,下降趋势逐渐减缓,全球气温缓慢上升,并稳定在２５０Ｋ,如果没有 别的因素影响喧一平衡温度将会存在较长一段时间。有可能导致地球上冰期气候的形成结合新生代以来     

探测冰盖和多年冻土层的融冰探头研发

The exploration of ice sheets by melting vertical holes into the ground has some tradition in terrestrial glaciology. Such probes have been used since the 1960's to investigate the vertical structure of the ice in Greenland and Antarctica and in alpine glaciers. In this paper we look into the possibility to develop similar devices for use on extraterrestrial icy bodies, like e.g. the polar areas on Mars or the icy satellites of the outer solar system. We report on some basic experiments performed in the cryo-vacuum laboratory of the Space Research Institute of the Austrian Academy of Sciences, Graz. In these experiments the penetration of a simple melting probe into compact and porous water ice (with a snow-like texture) was monitored, both under vacuum conditions and under air pressure. The observed penetration speeds for a given power supply are compared with a simple mathematical model. We conclude that a miniature melting probe with small overall dimensions and a reasonable power demand could well be part of the payload of a future planetary mission, for example to the poles of Mars. Such missions are currently under discussion in several space agencies. Moreover such probes could also e? ectively be used in terrestrial environments. A possible design is presented at the end of the paper.     

GEOLOGICAL MARKS OF A POSSIBLE EXTRATERRESTRIAL IMPACT EVENT ON THE BOUNDARY BETWEEN SINIAN/CAMBRIAN IN TIANMENSHAN IN WESTERN HUNAN

Geologic marks related to extraterrestrial impact events, such as impact split gravels, impact brecciate layers, impact dikes, microirghizites, microtektites, especially meteoritic residues, were discovered on the boundary between Sinian/Cambrian at Tianmenshan of Western Hunan, which may possibly demonstrate that an extraterrestrial impact event has ever occurred there on the S/C boundary.     

天门山震旦/寒武系界线上地外撞击事件痕迹

从湘西北天门山震旦—寒武系界线上发现的冲击砾裂、冲击角砾、冲击岩脉、微球粒撞击玻粒(microirghi-zites)、微球粒玻璃陨石(microtektites),特别是陨石碎屑残迹现象,可能表明:在震旦—寒武系界线上曾经发生过地外撞击的事件。     

Interpretation of cosmogenic nuclides in meteorites on the basis of accelerator experiments and physical model calculations

Cosmogenic nuclides in extraterrestrial matter provide a wealth of information on the exposure and collision histories of small objects in space and on the history of the solar and galactic cosmic radiation. The interpretation of the observed abundances of cosmogenic nuclides requires detailed and accurate knowledge of their production rates. Accelerator experiments provide a quantitative basis and the ground truth for modeling cosmogenic nuclide production by measurements of the relevant cross sections and by realistic simulations of the interaction of galactic protons with meteoroids under completely controlled conditions, respectively. We review the establishment of physical model calculations of cosmogenic nuclide production in extraterrestrial matter on the basis of such accelerator experiments and exemplify this approach by presenting new experimental and theoretical results for the cosmogenic nuclide⁴⁴Ti. The model calculations describe all aspects of cosmogenic nuclide production and allow the determination of long-term solar and galactic cosmic ray spectra and a consistent interpretation of cosmogenic nuclides in extraterrestrial matter.     

地外有机化合物

球粒陨石中的有机化合物起源于星际介质,是构成太阳星云的初始组分,并与其他物质一起吸积形成小行星和行星。在小行星内,有机质经历了不同程度的水蚀变和热变质作用。球粒陨石中的有机化合物尽管是非生命成因,但组成极为复杂,主要是类似于干酪根的大分子物质,以及少量可溶性有机物。大部分可溶有机分子也发现于地球生物圈,但前者可具有完全不同的H、C、N等同位素组成,这也是它们来源于地球之外的重要证据。星云中宇宙线和紫外线（UV）的辐射、小行星的热变质和水蚀变,是地外有机质演化的主要过程。球粒陨石中的有机质是地球生命起源的物质基础,是生命起源不可或缺的重要环节。同样重要的是,大量的火星探测表明,火星历史上有过满足生命存在的基本条件,而在火星陨石中还发现了一些生物活动相关的线索。未来很可能首先在火星上发现地外生命存在的证据。     

寻找地外生命的进展与前景

介绍并探讨了人类运用天文学、深空探测及计算机模拟与统计等多种方法和手段在太阳系内的地外天体及太阳系外的类地行星上寻找地外生命的进展,如:美国航空航天局及欧空局的一系列探测器都发现火星土壤略呈碱性可能适宜生命的存在,火星大气正在不断释放可能由火星地质或生物作用产生的甲烷;表面为巨厚的水冰覆盖的木卫二如果内部炽热,则极有可能存在生命;而土卫六则非常类似现代生命起源理论中生命起源时的原始地球。对彗星的撞击探测结果表明,其内部存在着有机物和黏土矿物,可能给早期原始地球带来了有机物甚至生命;对太阳系外的射电天文观测则发现了仅银河系中就有无数的类地行星。不仅如此,"寻找地外智慧生命"计划还试图通过倾听地外智慧生命的通讯信号和主动发射地球人类的通讯信号以和地外智慧生命取得联系。美国航空航天局发射了带有地球位置及生命信息的太阳系外探测器,也做出了类似的努力。从取得的探测结果和重要发现来看,地外可能存在着适宜生命产生及演化的条件,这使我们看到了寻找地外生命的新曙光。但囿于对地外生命形式认识的缺乏和深空探测技术的限制,目前想要找到它们还是个极其艰巨的任务。     

事件沉积及其周期性的氦同位素指示

物理、化学或生物事件所造成的事件沉积一般都会在沉积层中留下痕迹.事件沉积的突发性使得不同物源的物质比如稀有气体He在尚未达到平衡时就被保存在沉积地层中.海底沉积物中地球4He的丰度受古大陆尘所支配,海底沉积物中的He主要源于3He/4He比率不足0.1Ra的大陆物质(Ra = 1.40×10-6,是空气的3He/4He比率)和3He/4He比率大于100Ra的地球外星际尘粒.计算表明:亚洲风成尘粒总的质量累积速率(mass accumulation rate,MAR)与4He通量之间有一个显著的相关性.由氧同位素变化所记录的冰期-间冰期循环的100 kyr周期的起始点与地壳4He通量中100 kyr周期的起始点清晰地匹配.在大洋钻探计划中,用海底沉积物中地球外3He的通量来考查星际尘粒的全球生长速率发现:3He埋藏通量也与100 kyr冰期-间冰期循环周期相关.对白垩纪-第三纪界面(KTB)粘土中较高的地球外3He( [3He]Et)计算,发现该界面事件的短期性.来自中国梅山和日本西南部Sasayama的二叠纪-三叠纪界面(PTB)富勒烯的He同位素限定了这种富勒烯形成于地球外环境.在整个宇宙体系中,各物源之间的He及其同位素组成存在着很大差异,这为解析沉积事件提供了新的高灵敏度的手段.