隕石坑權威科學家陳鳴耕耘10余年,捧出多項震驚世界的成果

來源:金羊網 作者:李妹妍 發表時間:2019-01-15 09:39
陳鳴展示從岫岩隕石坑裏採集回來的岩石礦物樣本 李妹妍 攝
遼寧岫岩隕石坑全景圖 受訪者 提供

探隕石坑尋地心寶 地球有顆鑽石心?

金羊網記者  李妹妍

1月11日下午,中國探月工程傳來捷報,嫦娥四號任務取得圓滿成功。此前,嫦娥四號順利在月球背面馮·卡門撞擊坑著陸,也讓“隕石坑”一度成為輿論熱點話題。

“很多人以為隕石掉下來砸出一個坑就都叫隕石坑,這種説法實際上是不準確的,科學界對此有嚴格的定義,隕石撞擊地表産生爆炸形成的才能被稱之為隕石坑,即撞擊坑。”在接受金羊網記者採訪時,中國科學院廣州地球化學研究所研究員陳鳴笑稱,隕石坑成為熱點話題説明民眾的科學素養在逐漸提高,“也説明隕石坑有無窮的魅力。”

隕石坑的魅力,國內並不會有人比陳鳴更有發言權——2010年,他帶領團隊證實了中國首個隕石坑並獲國際承認,填補中國在這一領域的空白。從更早以前一腳踏進隕石坑研究這個“坑”開始,他就一直在“坑”裏默默耕耘,直至捧出了一項項震驚世界的成果,“隕石坑能把人類和太空、地心的距離都拉近,它就在我們身邊,還有很多奧妙等待我們去發現。”

掉入“坑”裏:美籍華裔地質學家力邀轉變研究方向

要不要考慮研究隕石坑?這個問題放在二十多年前,陳鳴大概會微笑著搖搖頭。用他的話説,那時候他在衝擊變質研究領域“做得正起勁,不斷有新的科學發現,也提出了一些重要的觀點”。

彼時,國內也有許多科學家對隕石坑展開了相關研究,先後報道過一批疑似隕石坑,但一直沒有找到隕石撞擊的關鍵證據。

給陳鳴“挖坑”的是美籍華裔地質學家趙景德。作為衝擊變質領域的奠基人之一、參與了美國“阿波羅計劃”的科學家,趙景德十分明白,中國如果不能填補隕石坑研究領域的空白,將來一定會有遺憾。

值得一提的是,趙景德和世界上第一個隕石坑也有極深的淵源:1960年他在美國亞利桑那州首次發現天然柯石英,最終使美國巴林傑隕石坑成為世界上首個被證實的隕石坑。

“我之前跟他不熟悉,但他一直有關注我在衝擊變質領域的研究。”陳鳴還記得當時的觸動,2002年他在美國做科研期間,趙景德輾轉托人邀請他到家裏做客,談話非常直截了當,“他説,中國是地質大國,如果隕石坑研究一直沒有突破,在世界上説不過去。你是不是考慮一下,回去以後做做這個工作?”

突如其來的邀請讓陳鳴受寵若驚,也在他心中埋下一顆種子,但要放棄當時不斷取得新進展的衝擊變質領域研究對他而言並不容易。還在猶豫之間,第二年,趙景德再次邀請他到美國家中,開門見山地問:“這一年考慮得怎麼樣?再不做,到你50歲的時候可能就做不了了。”

“第二次聊天給了我一個提醒,這在中國是個空白,科學上有必要也有義務去做。”陳鳴説,在長達兩三年的認真思考後,他在2005年下定決心,用一年時間把手頭的研究工作收尾,從2006年開始研究隕石坑,“2006年我49歲,哪怕用十年時間往正確的方向取得一點進展,也算是為國內將來在這方面的突破提供一點經驗。”

“入坑”四年:證實岫岩隕石坑填補中國空白

2006年,陳鳴正式開始滿中國“找坑”的日子。從西北的新疆到東北的遼寧,他根據各方搜集來的線索篩選了幾個“疑似坑”,多方調查後,最終在2007年將目標鎖定在遼寧岫岩。

“在中國做隕石坑研究不容易,關鍵證據很難搜集。”陳鳴告訴記者,國外的隕石坑往往分布在地質構造活動相對不活躍的地區,但中國的地質構造復雜,地質活動十分活躍,大量的隕石撞擊坑被侵蝕、破壞和改造,客觀上給證實隕石坑造成一定困難。

他笑言,決定轉換跑道那時起就想過會遇到困難,“但沒料到困難真全遇上了”。首當其衝是經費問題,為了節省經費,他常常只能一個人開展野外地質工作,“地質鑽探還是當時中科院副院長白春禮破例給的‘院長基金’支持。”

在岫岩坑地表以下300多米的地方,陳鳴耗費五個月時間取到了首批岩石樣本,開始了實驗室研究階段。在這一階段,研究者們的主要工具只有普通光學顯微鏡,透過鏡頭在岩石薄片浩如煙海的現象中找到可能的證據——這對研究者的體力和耐心都是極大的挑戰,年輕的學生們在顯微鏡前看兩個小時就已經是極限,但陳鳴往往一看就是十多個小時,“這項工作沒有捷徑可走,就是靠經驗去看,如果能看到一點點苗頭,就不會覺得時間過得很慢。”

陳鳴自認是“幸運的”,得益于此前的知識積累,他在研究中少走了許多彎路。但即便如此,為求嚴謹,他和團隊歷時3年反復驗證,最終在岫岩隕石坑中找到了隕石坑的三種關鍵“DNA”,證明了其撞擊起源的出身。

2010年7月,國際權威學術期刊《地球與行星科學通訊》發表了陳鳴等人有關岫岩隕石坑中柯石英發現的論文。這意味著,中國境內首個被嚴格科學證實的隕石坑獲得了國際科學界的肯定,進入了世界隕石坑版圖。

“坑”裏發現:下地幔中,碳以金剛石形態存在

如今,陳鳴每年還要多次往岫岩隕石坑跑,坑裏許許多多有待挖掘的“寶藏”深深吸引著他,“我在1996年就提出,地外天體撞擊瞬間産生極高的溫度和壓力,完全可以比擬地球深部的狀態,為探索地球深部物質組成提供新的途徑。”

2012年春節期間,陳鳴和往常一樣在實驗室裏觀察從岫岩隕石坑底取回的岩石樣本,視野裏一些罕見的不透明顆粒讓他瞬間敏感地意識到,這裏面可能發生了某種變化。

但隨後的儀器測試分析結果又讓他陷入了迷惑:在碳酸鹽裏出現了類似金剛石的奇怪信號——撞擊産生的高溫高壓下,單質碳如石墨可以瞬間變成金剛石,但碳酸鹽怎麼可能轉化為金剛石呢?

當時的科學理論認為,碳酸鹽中的碳元素以碳酸根形式存在,要轉變成金剛石,必須先將其還原成單質碳。在工業實驗中,高溫高壓條件下的金屬可以作為還原劑將碳酸根還原成單質碳,但樣本發現中並沒有金屬存在的痕跡,金剛石是從哪兒來的呢?

這個疑團一解就是整整三年。在詳盡的分析研究後,陳鳴和合作者們驚喜地發現,轉化金剛石所需的還原劑來自鎂鐵碳酸鹽本身:在撞擊産生的高溫高壓下,鎂鐵碳酸鹽含有的二價鐵可以起到金屬還原劑的作用,發生自氧化還原反應生成金剛石——這是過去尚未發現的一種金剛石形成機制。

“這一新機制為了解地球下地幔礦物組成提供了重要信息。”陳鳴指出,過去認為地球深部的碳可能以碳酸根形式存在,這一新機制的發現意味著,在存在碳酸鹽以及壓力和溫度足夠高的下地幔,碳是以金剛石形式存在,“金剛石人們也叫它鑽石,可以算一算地球深部有多少鑽石。”

驚喜還未結束,在該樣本中,陳鳴等人還發現了納米尺度的“毛河光礦”。該礦物化學組分與鎂鐵礦相同,但具有更致密的超尖晶石結構,是鎂鐵礦的高壓多形。這為下地幔三價鐵的載體物質提供了直接證據,也是上述形成金剛石新機制的有力支撐。

2018年2月,《美國國家科學院院刊》發表了陳鳴等人有關金剛石形成新機制的重大發現,在國際同行中引起強烈反響;同年11月,《隕石學與行星科學》雜志發表有關“毛河光礦”發現的專題論文,再次引起了國內外學術界的高度關注。

對話陳鳴

不排除以後為證實新隕石坑做點工作

金羊網:按我們通常的理解,是不是天上隕石掉下來砸出的坑都可以稱為隕石坑?

陳鳴:很多人問過我這個問題。通俗地講,隕石砸出來的坑是可以叫隕石坑,但科學上的隕石坑有嚴格定義,準確的表述應該是撞擊坑。它的形成必須滿足幾個條件,首先地外天體必須以宇宙速度撞下來,其次碰撞要産生高溫高壓形成爆炸,且這種爆炸是由撞擊衝擊波引起的。如果隕石進入地球大氣層時受到空氣阻力發生明顯減速,只是在地表砸出一個小洼坑,沒有發生高速碰撞和爆炸,不能認為是科學意義上的隕石坑。如今充分的證據表明,距今大約5萬年前,一顆直徑60—80米的小行星在岫岩滿族自治縣境內與地球發生猛烈碰撞,同時引發巨大爆炸,形成了岫岩隕石坑。

金羊網:我們很好奇一件事,您證實了中國首個隕石坑之後,有沒有人找過您去鑒定隕石?

陳鳴:太多了。這種業務我們一般是不接的,但還是有很多部門拿過來,有直接給我打電話的,還有在研究所門口守著的。(笑)有一次,有人拿著一塊黑色的石頭來找我,我問怎麼黑色石頭就是隕石了?他説是祖傳的,別人都説是隕石。實際上,他們拿過來鑒定的石頭不説100%,起碼99%都不是隕石。

我們在岫岩隕石坑裏並沒有找到隕石。過去十年,我反復科普解釋,撞擊形成岫岩隕石坑的能量相當于500個廣島原子彈的能量,爆炸瞬間産生很高的溫度和壓力,隕石在那一刻可能已經化為無數碎片或發生氣化,打個比方,原子彈爆炸之後你能不能把彈片找出來?但還是有絡繹不絕的人去岫岩坑裏找隕石。從這方面説,中國還需要大眾科普,我們真的沒那麼多時間去一一上課。

金羊網:接下來,您在隕石坑領域還有哪些研究計劃?

陳鳴:岫岩隕石坑的研究要做下去,實際上內容是很多的,科學家在研究過程中永遠會有新的發現。但你問下一個發現是什麼,我答不上來,只能是根據一些線索,往相關方面深入看看會不會有新東西。這些年我被問到最多的一個問題是,陳鳴你證實了中國第一個隕石坑,能不能證實第二個、第三個?有的人説中國這麼大,你能不能再找一個,還有的人説能不能在廣東找一個?(笑)

我跑過國內很多地方去做隕石坑地質調查,給我們提供各種線索的人也很多,如果將來碰到合適的機會,肯定不會放棄。不排除以後會為證實中國有新的隕石坑做點工作,但現在我們在岫岩隕石坑裏發現了一些重要的科學線索,還要繼續做下去。一個人不可能把很多把椅子同時坐熱,我不是一個非常聰明的人,只是集中精力做了一些事情,研究過程中也曾遇到過很多問題,幸好,我都堅持下來了。

編輯:海輝
數字報
隕石坑權威科學家陳鳴耕耘10余年,捧出多項震驚世界的成果
金羊網  作者:李妹妍  2019-01-15
陳鳴展示從岫岩隕石坑裏採集回來的岩石礦物樣本 李妹妍 攝
遼寧岫岩隕石坑全景圖 受訪者 提供

探隕石坑尋地心寶 地球有顆鑽石心?

金羊網記者  李妹妍

1月11日下午,中國探月工程傳來捷報,嫦娥四號任務取得圓滿成功。此前,嫦娥四號順利在月球背面馮·卡門撞擊坑著陸,也讓“隕石坑”一度成為輿論熱點話題。

“很多人以為隕石掉下來砸出一個坑就都叫隕石坑,這種説法實際上是不準確的,科學界對此有嚴格的定義,隕石撞擊地表産生爆炸形成的才能被稱之為隕石坑,即撞擊坑。”在接受金羊網記者採訪時,中國科學院廣州地球化學研究所研究員陳鳴笑稱,隕石坑成為熱點話題説明民眾的科學素養在逐漸提高,“也説明隕石坑有無窮的魅力。”

隕石坑的魅力,國內並不會有人比陳鳴更有發言權——2010年,他帶領團隊證實了中國首個隕石坑並獲國際承認,填補中國在這一領域的空白。從更早以前一腳踏進隕石坑研究這個“坑”開始,他就一直在“坑”裏默默耕耘,直至捧出了一項項震驚世界的成果,“隕石坑能把人類和太空、地心的距離都拉近,它就在我們身邊,還有很多奧妙等待我們去發現。”

掉入“坑”裏:美籍華裔地質學家力邀轉變研究方向

要不要考慮研究隕石坑?這個問題放在二十多年前,陳鳴大概會微笑著搖搖頭。用他的話説,那時候他在衝擊變質研究領域“做得正起勁,不斷有新的科學發現,也提出了一些重要的觀點”。

彼時,國內也有許多科學家對隕石坑展開了相關研究,先後報道過一批疑似隕石坑,但一直沒有找到隕石撞擊的關鍵證據。

給陳鳴“挖坑”的是美籍華裔地質學家趙景德。作為衝擊變質領域的奠基人之一、參與了美國“阿波羅計劃”的科學家,趙景德十分明白,中國如果不能填補隕石坑研究領域的空白,將來一定會有遺憾。

值得一提的是,趙景德和世界上第一個隕石坑也有極深的淵源:1960年他在美國亞利桑那州首次發現天然柯石英,最終使美國巴林傑隕石坑成為世界上首個被證實的隕石坑。

“我之前跟他不熟悉,但他一直有關注我在衝擊變質領域的研究。”陳鳴還記得當時的觸動,2002年他在美國做科研期間,趙景德輾轉托人邀請他到家裏做客,談話非常直截了當,“他説,中國是地質大國,如果隕石坑研究一直沒有突破,在世界上説不過去。你是不是考慮一下,回去以後做做這個工作?”

突如其來的邀請讓陳鳴受寵若驚,也在他心中埋下一顆種子,但要放棄當時不斷取得新進展的衝擊變質領域研究對他而言並不容易。還在猶豫之間,第二年,趙景德再次邀請他到美國家中,開門見山地問:“這一年考慮得怎麼樣?再不做,到你50歲的時候可能就做不了了。”

“第二次聊天給了我一個提醒,這在中國是個空白,科學上有必要也有義務去做。”陳鳴説,在長達兩三年的認真思考後,他在2005年下定決心,用一年時間把手頭的研究工作收尾,從2006年開始研究隕石坑,“2006年我49歲,哪怕用十年時間往正確的方向取得一點進展,也算是為國內將來在這方面的突破提供一點經驗。”

“入坑”四年:證實岫岩隕石坑填補中國空白

2006年,陳鳴正式開始滿中國“找坑”的日子。從西北的新疆到東北的遼寧,他根據各方搜集來的線索篩選了幾個“疑似坑”,多方調查後,最終在2007年將目標鎖定在遼寧岫岩。

“在中國做隕石坑研究不容易,關鍵證據很難搜集。”陳鳴告訴記者,國外的隕石坑往往分布在地質構造活動相對不活躍的地區,但中國的地質構造復雜,地質活動十分活躍,大量的隕石撞擊坑被侵蝕、破壞和改造,客觀上給證實隕石坑造成一定困難。

他笑言,決定轉換跑道那時起就想過會遇到困難,“但沒料到困難真全遇上了”。首當其衝是經費問題,為了節省經費,他常常只能一個人開展野外地質工作,“地質鑽探還是當時中科院副院長白春禮破例給的‘院長基金’支持。”

在岫岩坑地表以下300多米的地方,陳鳴耗費五個月時間取到了首批岩石樣本,開始了實驗室研究階段。在這一階段,研究者們的主要工具只有普通光學顯微鏡,透過鏡頭在岩石薄片浩如煙海的現象中找到可能的證據——這對研究者的體力和耐心都是極大的挑戰,年輕的學生們在顯微鏡前看兩個小時就已經是極限,但陳鳴往往一看就是十多個小時,“這項工作沒有捷徑可走,就是靠經驗去看,如果能看到一點點苗頭,就不會覺得時間過得很慢。”

陳鳴自認是“幸運的”,得益于此前的知識積累,他在研究中少走了許多彎路。但即便如此,為求嚴謹,他和團隊歷時3年反復驗證,最終在岫岩隕石坑中找到了隕石坑的三種關鍵“DNA”,證明了其撞擊起源的出身。

2010年7月,國際權威學術期刊《地球與行星科學通訊》發表了陳鳴等人有關岫岩隕石坑中柯石英發現的論文。這意味著,中國境內首個被嚴格科學證實的隕石坑獲得了國際科學界的肯定,進入了世界隕石坑版圖。

“坑”裏發現:下地幔中,碳以金剛石形態存在

如今,陳鳴每年還要多次往岫岩隕石坑跑,坑裏許許多多有待挖掘的“寶藏”深深吸引著他,“我在1996年就提出,地外天體撞擊瞬間産生極高的溫度和壓力,完全可以比擬地球深部的狀態,為探索地球深部物質組成提供新的途徑。”

2012年春節期間,陳鳴和往常一樣在實驗室裏觀察從岫岩隕石坑底取回的岩石樣本,視野裏一些罕見的不透明顆粒讓他瞬間敏感地意識到,這裏面可能發生了某種變化。

但隨後的儀器測試分析結果又讓他陷入了迷惑:在碳酸鹽裏出現了類似金剛石的奇怪信號——撞擊産生的高溫高壓下,單質碳如石墨可以瞬間變成金剛石,但碳酸鹽怎麼可能轉化為金剛石呢?

當時的科學理論認為,碳酸鹽中的碳元素以碳酸根形式存在,要轉變成金剛石,必須先將其還原成單質碳。在工業實驗中,高溫高壓條件下的金屬可以作為還原劑將碳酸根還原成單質碳,但樣本發現中並沒有金屬存在的痕跡,金剛石是從哪兒來的呢?

這個疑團一解就是整整三年。在詳盡的分析研究後,陳鳴和合作者們驚喜地發現,轉化金剛石所需的還原劑來自鎂鐵碳酸鹽本身:在撞擊産生的高溫高壓下,鎂鐵碳酸鹽含有的二價鐵可以起到金屬還原劑的作用,發生自氧化還原反應生成金剛石——這是過去尚未發現的一種金剛石形成機制。

“這一新機制為了解地球下地幔礦物組成提供了重要信息。”陳鳴指出,過去認為地球深部的碳可能以碳酸根形式存在,這一新機制的發現意味著,在存在碳酸鹽以及壓力和溫度足夠高的下地幔,碳是以金剛石形式存在,“金剛石人們也叫它鑽石,可以算一算地球深部有多少鑽石。”

驚喜還未結束,在該樣本中,陳鳴等人還發現了納米尺度的“毛河光礦”。該礦物化學組分與鎂鐵礦相同,但具有更致密的超尖晶石結構,是鎂鐵礦的高壓多形。這為下地幔三價鐵的載體物質提供了直接證據,也是上述形成金剛石新機制的有力支撐。

2018年2月,《美國國家科學院院刊》發表了陳鳴等人有關金剛石形成新機制的重大發現,在國際同行中引起強烈反響;同年11月,《隕石學與行星科學》雜志發表有關“毛河光礦”發現的專題論文,再次引起了國內外學術界的高度關注。

對話陳鳴

不排除以後為證實新隕石坑做點工作

金羊網:按我們通常的理解,是不是天上隕石掉下來砸出的坑都可以稱為隕石坑?

陳鳴:很多人問過我這個問題。通俗地講,隕石砸出來的坑是可以叫隕石坑,但科學上的隕石坑有嚴格定義,準確的表述應該是撞擊坑。它的形成必須滿足幾個條件,首先地外天體必須以宇宙速度撞下來,其次碰撞要産生高溫高壓形成爆炸,且這種爆炸是由撞擊衝擊波引起的。如果隕石進入地球大氣層時受到空氣阻力發生明顯減速,只是在地表砸出一個小洼坑,沒有發生高速碰撞和爆炸,不能認為是科學意義上的隕石坑。如今充分的證據表明,距今大約5萬年前,一顆直徑60—80米的小行星在岫岩滿族自治縣境內與地球發生猛烈碰撞,同時引發巨大爆炸,形成了岫岩隕石坑。

金羊網:我們很好奇一件事,您證實了中國首個隕石坑之後,有沒有人找過您去鑒定隕石?

陳鳴:太多了。這種業務我們一般是不接的,但還是有很多部門拿過來,有直接給我打電話的,還有在研究所門口守著的。(笑)有一次,有人拿著一塊黑色的石頭來找我,我問怎麼黑色石頭就是隕石了?他説是祖傳的,別人都説是隕石。實際上,他們拿過來鑒定的石頭不説100%,起碼99%都不是隕石。

我們在岫岩隕石坑裏並沒有找到隕石。過去十年,我反復科普解釋,撞擊形成岫岩隕石坑的能量相當于500個廣島原子彈的能量,爆炸瞬間産生很高的溫度和壓力,隕石在那一刻可能已經化為無數碎片或發生氣化,打個比方,原子彈爆炸之後你能不能把彈片找出來?但還是有絡繹不絕的人去岫岩坑裏找隕石。從這方面説,中國還需要大眾科普,我們真的沒那麼多時間去一一上課。

金羊網:接下來,您在隕石坑領域還有哪些研究計劃?

陳鳴:岫岩隕石坑的研究要做下去,實際上內容是很多的,科學家在研究過程中永遠會有新的發現。但你問下一個發現是什麼,我答不上來,只能是根據一些線索,往相關方面深入看看會不會有新東西。這些年我被問到最多的一個問題是,陳鳴你證實了中國第一個隕石坑,能不能證實第二個、第三個?有的人説中國這麼大,你能不能再找一個,還有的人説能不能在廣東找一個?(笑)

我跑過國內很多地方去做隕石坑地質調查,給我們提供各種線索的人也很多,如果將來碰到合適的機會,肯定不會放棄。不排除以後會為證實中國有新的隕石坑做點工作,但現在我們在岫岩隕石坑裏發現了一些重要的科學線索,還要繼續做下去。一個人不可能把很多把椅子同時坐熱,我不是一個非常聰明的人,只是集中精力做了一些事情,研究過程中也曾遇到過很多問題,幸好,我都堅持下來了。

編輯:海輝
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