火星發(fā)現(xiàn)紅寶石了？對話南大張愛鋮：說法夸張，剛玉身份還存在疑問

搜狐科技《思想大爆炸——對話科學(xué)家》欄目第153期，對話南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院教授張愛鋮。

嘉賓簡介：

張愛鋮，教授，博士生導(dǎo)師，長期從事行星物質(zhì)礦物學(xué)與地球化學(xué)研究。目前主要研究興趣包括天體撞擊的熱效應(yīng)與礦物行為、太陽星云中物質(zhì)的形成機(jī)制及時空演化、月球與小行星演化歷史中的重要地質(zhì)過程等。2011-2013年日本學(xué)術(shù)振興會（JSPS）特別研究員，2017年獲得江蘇省杰出青年基金資助，2020年獲得國家杰出青年基金項目資助。

• 火星車只是在鵝卵石里發(fā)現(xiàn)了極小的剛玉顆粒，并沒有看到透明度高、夠大，可以做珠寶的真正寶石級礦物。

• “存在剛玉”只是一種可能性，并非確定結(jié)論。如果想要確認(rèn)是紅寶石，必須先確認(rèn)剛玉顆粒存在并證明其中鉻含量較高。

• 剛玉用途廣泛，既可制成寶石佩戴，也可用于挖掘研磨、催化、耐高溫防護(hù)、激光器及半導(dǎo)體基底等。

出品｜搜狐科技

作者｜周錦童

編輯｜楊 錦

在遙遠(yuǎn)的火星，一輛探測車從礫石堆里發(fā)現(xiàn)了一顆“紅寶石”，我們或許會聯(lián)想到《星際穿越》般的浪漫場景，或是馬斯克殖民計劃中第一批“外星珠寶”的商業(yè)藍(lán)圖。

就在近日，有報道稱美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室的科學(xué)家利用“毅力號”，首次在火星鵝卵石中發(fā)現(xiàn)了寶石級礦物——剛玉，其成分與地球紅寶石、藍(lán)寶石似乎無異。

在媒體狂歡和網(wǎng)友們興奮的同時，搜狐科技也對話了南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院的張愛鋮教授。然而，他沒有表現(xiàn)出同樣的驚喜，反而給出了不一樣的答案。

“寶石”的說法過于夸張

剛玉是一種氧化物礦物，主要成分為氧化鋁（Al2O3），紅寶石和藍(lán)寶石都是寶石級別的剛玉，所以它們的化學(xué)成分是一樣的，都是氧化鋁，而之所以會呈現(xiàn)出不同的顏色，就是因為內(nèi)部所致色元素含量不同。

“當(dāng)多種離子共存時，就像調(diào)色一樣互相抑制，最終的顏色取決于哪種離子占主導(dǎo)。”張愛鋮如是說。

如果剛玉顆粒中含三價鉻（Cr）元素多，就會顯示紅色，也就是紅寶石；如果含二價鐵（Fe）元素和四價鈦（Ti）元素多一些，則會呈現(xiàn)藍(lán)色，非鉻致色的其他剛玉統(tǒng)稱為藍(lán)寶石。

根據(jù)目前火星探測信息來說，只發(fā)現(xiàn)了三價的鉻，缺少鐵、鈦的價態(tài)和含量信息，所以它可能是紅寶石，也可能是藍(lán)寶石。

“雖然美國的這項發(fā)現(xiàn)是很有趣的，不過我們通過摘要中的圖片可以看到，實際上火星車只是在鵝卵石里發(fā)現(xiàn)了極小的剛玉顆粒，并沒有看到透明度高、夠大，可以做珠寶的真正寶石級礦物，媒體用‘寶石’這樣酷炫的說法過于夸張了。”張愛鋮如是說。

當(dāng)然，上述這些都是在第一步就確定它是剛玉的情況下才會成立。但現(xiàn)在最重要的問題是，我們并不能100%確認(rèn)發(fā)現(xiàn)了剛玉顆粒。

張愛鋮解釋道：“由于火星車探測到的巖石碎塊僅1-2厘米左右，其中的剛玉顆粒更小，無法像地球樣品一樣進(jìn)行切片觀察包裹體或晶體形態(tài)。”

“不僅如此，研究只探測出鋁元素的占比高，其他元素含量都還不確定，只能說有很大可能存在剛玉，但也存在著誤判風(fēng)險。”張愛鋮如是說。

隕石撞擊可能性大

研究主要運用了SuperCam的激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）和發(fā)光光譜兩種技術(shù)。

對此，張愛鋮解釋稱，LIBS主要用于測定巖石中的主要元素，比如鋁、硅等，而發(fā)光光譜則用于檢測像鉻、錳和稀土等特定的微量元素。

首先激光會將目標(biāo)物質(zhì)氣化，激發(fā)成等離子體，這時原子、離子會處于“激動”的高能態(tài)，當(dāng)它們冷卻回“冷靜”的基態(tài)時又會釋放特征光譜，不同元素的光譜不同，兩種技術(shù)聯(lián)用，以此就可以測定巖石中的主要元素和微量元素。

“這里存在兩個問題，一是火星表面大氣稀薄，遠(yuǎn)距離可能會測量不準(zhǔn)，二是研究并未直接觀測到剛玉顆粒，只是發(fā)現(xiàn)了一塊鋁含量較高的淺色巖石，成分可能與粘土相似，粘土類似蒙脫石散，而且?guī)r石中也可能含有長石，除了鋁還有硅、鈣、鈉等成分。”張愛鋮如是說。

因此，“存在剛玉”只是一種潛在的可能性，并非確定結(jié)論，如果想要確認(rèn)是紅寶石，必須先100%確認(rèn)剛玉顆粒存在并證明其中鉻含量較高才行，但目前來看高鋁也可能來自長石等其他礦物。

談及寶石的形成原因時，張愛鋮表示：“在地球上，紅寶石、藍(lán)寶石的形成并不只有‘構(gòu)造活動’這一種方式，而是有多種成因，但核心條件都是形成的地方鋁含量高、硅含量低，因為硅少的時候鋁才能獨立形成剛玉，否則鋁會與硅形成長石等硅酸鹽礦物。”

具體形成環(huán)境比如火山噴發(fā)，就可以帶出寶石級的剛玉；再比如矽卡巖作用，碳酸鹽巖漿與硅酸鹽巖漿混合降低了硅的比例，鋁含量高就會形成剛玉。當(dāng)然溫度較高，也有利于剛玉的產(chǎn)生。因此，剛玉的形成與構(gòu)造活動并沒有那么清晰的關(guān)系。

回到火星上的樣品，火山活動成因是難以成立的，因為火星這塊巖石的顏色很淺，而火山巖通常顏色較深；矽卡巖成因也沒有找到相關(guān)的地質(zhì)記錄。而且由于樣品是在撞擊坑中發(fā)現(xiàn)的，張愛鋮也認(rèn)同隕石撞擊形成剛玉的可能性很大。

“撞擊產(chǎn)生的高溫高壓可能改變了原有的巖石，使鋁富集并形成了剛玉，但目前也只是推測，不能完全確定具體的形成方式。”張愛鋮如是說。

未來火星基地剛玉用途廣泛

此外，張愛鋮還分享了他們課題組的兩項工作，揭示了剛玉兩種截然不同的“出身”。

第一種是深部巖漿活動成因，就類似于地球上火山活動捕獲紅寶石或藍(lán)寶石巨晶的過程，他們在灶神星上就發(fā)現(xiàn)了這種來自星球深部的剛玉，這種剛玉代表了深部巖漿活動的記錄。

第二種就是撞擊成因，小行星或隕石以極高的速度撞擊星球表面，會產(chǎn)生巨大的能量，讓撞擊區(qū)域的巖石瞬間熔化，這種極端的高溫高壓環(huán)境，也能創(chuàng)造出新的礦物。他們團(tuán)隊就曾在灶神星上撞擊熔融區(qū)域發(fā)現(xiàn)了剛玉。

不僅如此，更神奇的發(fā)現(xiàn)來自月球，5年前張愛鋮團(tuán)隊就曾在月球隕石中發(fā)現(xiàn)了一種形態(tài)絕美的剛玉，看起來就像一朵盛開的“花”，因此張愛鋮還給它取了一個浪漫的名字——“月球之花”。

張愛鋮也解釋了這種“花”的成因：“月球表面覆蓋著一種富含鋁元素的巖石——斜長石，當(dāng)隕石猛烈撞擊月球表面時，巨大的沖擊力使局部巖石升溫到極高溫度，使得長石發(fā)生熔化和重新結(jié)晶，最終形成了這種花朵形狀的剛玉集合體。”

所以，如果火星上發(fā)現(xiàn)的剛玉是深部巖漿活動的產(chǎn)物，那么它就能幫助科學(xué)家理解火星內(nèi)部的熱演化歷史，這說明火星內(nèi)部曾經(jīng)有過富鋁的巖漿活動，且熱活動比想象中更復(fù)雜。但如果剛玉是撞擊成因，那就與火星內(nèi)部演化無關(guān)了，只是一個外來事件的記錄。

那么，我們能直接用地球的模型去理解火星嗎？

對此，張愛鋮表示：“地球、火星、月球都屬于類地行星，可以相互類比，但不能直接照搬。因為火星半徑只有地球的一半左右，內(nèi)部壓強(qiáng)小很多，物質(zhì)在低壓下的行為與地球深處高壓環(huán)境下有很大差異。通常我們是用研究更充分的地球模型去幫助理解火星，反過來就很難。”

在張愛鋮看來，目前火星探測最受關(guān)注的目標(biāo)就是尋找生命，主要有兩條路徑：一是直接尋找生命本身，二是間接尋找生命存在的環(huán)境線索，比如液態(tài)水或與水成因相關(guān)的礦物。

如果能找到形成于液態(tài)水環(huán)境下的礦物，就可以推斷火星曾經(jīng)或現(xiàn)在具備宜居條件，從而間接建立礦物與生命之間的聯(lián)系。至于這次發(fā)現(xiàn)的剛玉，張愛鋮稱它與生命關(guān)系不大。但其他某些礦物，比如含水礦物如果被發(fā)現(xiàn)，就可能具有重要意義。

“找到某個礦物并不能直接證明生命存在，但可以作為一個值得探索的線索，科學(xué)家們正是通過尋找這些潛在的聯(lián)系，逐步逼近火星生命之謎的答案。”張愛鋮如是說。

談到這，一定有很多網(wǎng)友好奇，如果有一天我們真的在火星上建立了基地，能用剛玉做點什么呢？

對此，張愛鋮表示：“用途有很多，比如做成寶石我們就可以佩戴；剛玉的硬度僅次于金剛石，可以用來挖掘、研磨和拋光；還可以做催化劑；而且它還耐高溫、透明度好，可以用于激光器或作為防護(hù)材料；還能作為半導(dǎo)體基底等等。”

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