对罗睺或者曾有过生命交给了迄今最开心的不易论证,科学家估算发生陨石的计都星地幔含水量为70到300

到目前,地球是所知唯一内部存在大量水的行星(地幔矿物中的最大水含量很可能大大高于各大洋的海水总量)。科学家分析了两块从火星内部产生的陨石中水的成分,发现在火星地幔中的水含量可能远比估计的要多,差不多与地球一样。这个结果不仅影响了我们对火星地质历史的认知,也对理解水是如何到达火星表面的有所启示。数据提升了火星或许能维持生命这个说法的可能性。

欧阳自远:火星可能曾有过生命

6月15日发表在《地质学》(geology)上的
研究
中,科学家分析了辉熔长无球粒陨石(shergottite)。这些陨石是火星地幔不完全融化形成的,然后再在浅的火星次表层和表面结晶。大约250万年前,它们由火星表面喷射到地球。科学家根据陨石地球化学了解到了许多行星地质学过程。

2014年12月1日,国际著名学术期刊《陨石学与行星科学》刊登了中国科学院地质与地球物理研究所林杨挺研究员领导的研究团队(包括中国科学家研究团组,德国拜罗伊德大学A.
El Goresy教授,瑞士洛桑联邦理工学院Phillipe Gillet教授,日本东北大学Eiji
Ohtani教授、 Masaaki Miyahara博士和Shi
Ozawa博士)的最新研究成果,对火星可能曾有过生命给出了迄今为止最令人鼓舞的科学论据。

“研究分析了两块有着不同形成过程的陨石,一块的形成掺杂了大量的其他元素,而另一块没有。我们研究发现尽管他们的化学构成很不相同,两块陨石中磷灰石水含量基本上一样。这个结果表明火星形成的时候有水参与,在行星分异的时候火星能够在内部储存水。”
基于矿物中的水含量,科学家估计产生陨石的火星地幔含水量为70到300
ppm(百万分之一)。相比之下,地球地幔上部含水量为大约为50到300ppm。研究团队利用了新的设备和可以将磷灰石中水含量量化的次级离子质谱(SIMS)技术测到了这些数据。

中国科学家的成果令人鼓舞

“大量的证据表明火星表面曾经确实存在过液态水,那为什么之前的很多估计认为这个行星内部是干的?这个新的研究非常有意义,并且它暗示可能是火山将水带到火星表面的。”研究者总结认为“这些研究不仅解释了火星上的水是怎么来的,还提供了所有类地行星在形成时储存氢的一种机制。”

在中国科学院的资助下,自2012年4月至2013年12月,林杨挺研究团队利用中国科学院地质与地球物理研究所的激光拉曼谱仪和纳米离子探针,对2011年降落在摩洛哥沙漠的提森特火星陨石,开展了系统的精细分析测试与研究,发现了火星陨石中的碳颗粒,并证明这些碳是来自火星的有机质,进而测定出它们具有典型生物成因特征的富轻的碳同位素组成。

本文编译自: Carnegie Institution,Could Mars Have Sustained Life? Extensive Water in Mars’ Interior
图片: NASA

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国际著名学术期刊《陨石学与行星科学》2014年第12期封面刊发了Tissint火星陨石照片

林杨挺研究团队早在2013年3月在美国休斯敦召开的“月球与行星科学讨论会”上,报道了在提森特火星陨石中发现了具有生物成因特征的碳颗粒,表明火星可能曾有过生命的初步成果。2014年12月1日,林杨挺为第一作者与其研究团队在《陨石学与行星科学》正式发表这一重要论文的同时,研究团队中的瑞士洛桑联邦理工学院和德国拜罗伊德大学(Bayreuth
University)分别组织了新闻发布会,向国际媒体报导了这一发现,引起了国际学术界的巨大反响。国内大量的媒体对国外的新闻进行了转载性报导,中国科学家作出的突破性成果令人鼓舞。

寻找地外生命是终极目标

寻找地外生命是人类开展太阳系探测的根本出发点。如果找到地外生命,那将是科学史上的最重大发现之一。火星是除地球之外,被认为最有可能孕育和存在生命的另一个行星,因而也是火星探测最激动人心的科学目标。从1976年“海盗号”着陆火星开始,尽管“海盗号”开展的生物科学实验没有获得存在生命的确凿证据。但是近二十年来,以美国为主的火星探测,利用高分辨成像、光谱、质谱、雷达、中子分析等多方面的探测手段,获得了河流侵蚀地貌、古湖泊河流沉积物、水成矿物、极地冰盖、大气中水蒸气组分等一系列证据,都反映了火星早期曾经存在表面水体。这些发现暗示了火星过去或现在存在适宜生命繁衍的环境特征。2004年欧洲发射的“火星快车”在火星大气中检测到30ppb低浓度的甲烷气体,更激发了科学界探索火星的热情。美国于2011年底发射了人类有史以来最昂贵和最先进的“好奇号”火星车,其使命就是探索火星的古环境和古气候,为最终发现火星生命做准备。大气甲烷、火星样品中的有机物将是下一步火星生命探测的突破点。

寻找火星生命的另一条捷径

探索火星,包括火星的古环境和可能存在的生命遗迹,还有另外一条途径,那就是研究火星陨石。火星陨石是人类采集并返回火星样品之前唯一能得到的火星表面岩石。利用地面实验室的各种高精尖现代分析仪器,可以对这些火星陨石样品进行非常详尽的分析,得到各种实验分析证据,从而揭示火星的形成,以及岩浆活动和表生环境的整个演化历史。但是,大部分火星陨石有一个问题,它们掉到地球之后,往往经过了很长时间才被发现,在这个过程中有可能受到地球物质的污染,特别是有机质。人类目击陨石降落过程,并马上收集到样品的降落型火星陨石仅有5次。除了提森特陨石之外,其他4次降落于1815-1962年,距今50-100年,并且在1983年之前,科学界并不知道这些陨石来自火星,因此这些样品实际上也没有被很好地保存。这也是为什么提森特陨石具有非常重要科学价值的原因。

188金宝搏,林杨挺研究员及其团队就是在这样一块非常新鲜的提森特火星陨石中发现了几微米大小的碳颗粒。他们利用激光拉曼对这些碳颗粒进行分析,得到的光谱特征跟煤很相似,而不是石墨。进一步,他们利用自已实验室的、也是国内唯一的一台纳米离子探针,分析了氢、碳、氮、氧、磷、硫、氯、和氟等元素和氢、氮和碳的同位素组成,得到的结果进一步证实这些碳颗粒是跟煤相似的有机质。

提森特陨石非常新鲜,因此受到地球污染的机会很小。不仅如此,为了进一步确证这些有机质来自火星本身,研究团队利用纳米离子探针分析了氢及其稳定同位素氘的比值。分析结果表明,这些有机质的氢同位素组成完全不同于地球上的有机质,而是富氘的典型的火星物质特征,因此可以确定它们是来自火星。这些碳颗粒在陨石样品中以两种形式出现,即大部分颗粒充填在矿物晶体的微细裂隙中,还有一部分颗粒被完全包裹在硅酸盐熔脉中。这些硅酸盐熔脉是玄武岩质类型火星陨石中最常见的冲击变质现象,是由于小行星在火星表面强烈撞击产生的高温高压,使样品局部熔融形成。碳颗粒包裹在这些冲击熔脉之中,指示它们的形成比火星上的小行星撞击事件还早,这也是火星来源的另一重要证据。此外,包裹在冲击熔脉中的碳颗粒有一部分在高温高压条件下还发生了高压相变,形成纳米粒度的金刚石。

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图2. Tissint火星陨石中的有机碳颗粒,充填于微裂隙或包裹在冲击熔脉中

碳的同位素组成是指示含碳物质是否生物成因的关键证据。生物作用一方面会产生明显的同位素组成变化,即同位素分馏,另一方面,这种变化朝向富轻的同位素方向。因此,地球上有机质(沉积岩中、石油、煤)的碳同位素组成与其他含碳物质(如海相碳酸盐、大气二氧化碳、地幔)相比,具有明显富轻的碳同位素特征(图3,表示为?13C更负的值)。研究团队同样利用纳米离子探针对这颗碳颗粒进行了精确的碳同位素组成分析,结果表明,它们相对于火星大气的CO2和火星上的碳酸盐而言,更富集轻的碳同位素,而且它们之间的碳同位素组成具有明显的差异,与地球上的情形非常类似。这也是迄今为止所有报导的火星上可能存在生命活动的最有利证据。

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图3.提森特火星陨石中有机碳颗粒的碳同位素组成,与火星上的大气CO2,碳酸盐相比,明显富轻的碳同位素组成。作为对比,图中下半部给出地球上有机质与其他源区碳的同位素组成。提森特火星陨石中有机碳颗粒的碳同位素组成与地球的煤的碳同位素组成极其相似,都是明显富轻的碳同位素组成。

林杨挺研究员及其团队还通过对我国在南极格罗夫山发现的另一块火星陨石(编号GRV
020090)的研究,证明火星在2亿年前左右还存在地下水的活动,并且可持续25万年,为生命存在提供了重要的条件。他们通过分析,还得到火星大气水的氢同位素组成非常富氘,是地球海洋水的7倍,说明火星曾有极为大量的水逃逸。这一结果也被“好奇号”最新对火星土壤的氢同位素分析所证实。此外,该团队还对这块火星陨石中的一种含水矿物,即磷灰石的水含量和氢同位素进行了分析,确定了火星幔的水含量只有百万分之38-75
,远比地幔要贫水。这些重要的发现,也于2014年9月正式发表在国际著名学术刊物《地球化学与天体化学学报》。

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