百日冲刺，他们赛出月壤研究中国速度
发布时间：2023-02-21 09:44 所属栏目：15 来源：互联网
导读：搞科学研究就像跑4100米接力，要一代一代的研究者接续完成。任何人都不能掉棒，而且一定要安稳交棒。 月球火山活动持续到什么时候？ 科学界曾普遍认为是28亿到30亿年前。经过研究嫦娥五号月壤样品，科学家将这一数字改写为20亿年前。 1月16日，第一届嫦娥五
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搞科学研究就像跑4×100米接力，要一代一代的研究者接续完成。任何人都不能“掉棒”，而且一定要安稳“交棒”。 月球火山活动持续到什么时候？ 科学界曾普遍认为是28亿到30亿年前。经过研究嫦娥五号月壤样品，科学家将这一数字改写为20亿年前。 1月16日，第一届嫦娥五号月球样品研究成果研讨会在北京举办，围绕嫦娥五号玄武岩所揭示的月球年轻火山成因之谜，相关专家学者展开热烈讨论。 此前不久，为该成果发现作出重要贡献的中国科学院院士、中国科学院地质与地球物理研究所研究员李献华的研究团队（李献华、吴福元、杨进辉、李秋立、刘传周）获评“北京市优秀研究生指导教师团队”。从收到月壤样品到取得重要成果，在《自然》杂志发表3篇文章，这支团队只用了百余天。 “实战”前做好技术储备工作 工欲善其事，必先利其器。在这一震惊世界的成果背后，是李献华团队十年磨一剑的准备。 探究月壤的年龄，需要用离子探针将氧离子束照射到矿物上，测量其中的铅同位素组成并计算其年龄，含锆矿物是重要的搜寻目标。 “之所以要寻找含锆矿物，是因为这种矿物在形成时富集铀、不含铅，因此离子探针测得的铅基本上都是放射成因的，可以获得可靠的同位素定年结果。”李献华解释道。 要寻找含锆矿物，离子探针分析的空间分辨率至关重要。 含锆矿物的宽度通常只有几微米，只有离子探针的分析束斑足够小，才能准确覆盖矿物，束斑如果过大，就会分析到覆盖于矿物颗粒间或缝隙中可能遗留的其他元素，尤其是可能照射到不属于月球样品的铅，从而影响测年结果。 为了提升离子探针分析的空间分辨率，李献华团队拿出了“铁杵磨针”的劲头。该团队成员用3年时间将高精度离子探针U—Pb同位素体系定年的空间分辨率从传统的10微米提高到5微米。但他们仍不满足，后又用10年时间，将离子探针精确定年的空间分辨率进一步提高到小于3微米，进而达到了国际领先水平。 “从5微米降到3微米，看似只进步了一点点，其实难度非常大。这10年，大家是非常辛苦的。”李献华表示。 正是凭借着这股“铁杵磨针”的劲头，在开展月壤研究之前，李献华团队已经硕果累累。该团队最早确认华夏陆块存在太古代地壳物质，将Rodinia超大陆聚合时间从10亿年修订至9亿年；精确测定了华南新元古代冰期的起始年龄，为雪球地球理论和地质年表成冰系时代的修订提供了关键年代学证据。 除此之外，在正式对月壤展开研究前，李献华团队还提前进行了一次小小的“热身”。 中国科学院地质与地球物理研究所的博物馆有一份标注为“阿波罗月尘”的样品，已经存放了50年，但对于该样品的其他信息所知甚少，甚至都无法确定其是否为真的月壤样品。2021年春节前，吴福元将169毫克样本交给李献华，让团队先“练练手”。 “我们花了两个星期把结果做出来，证明这个月尘样品是阿波罗11号采集的样品。这是我们在拿到嫦娥五号月壤样品前的一次‘实战演练’，既锻炼了队伍，又增强了信心。”李献华表示。 仅凭3克样品便改写历史 2021年7月12日，李献华团队正式接收嫦娥五号月壤样品。还没等样品在手里“捂热”，中国科学院院士、时任中国科学院地质与地球物理研究所所长吴福元便立即组织该团队召开项目启动会，并当场提出两个今天看来仍十分苛刻的要求：7天内完成嫦娥五号玄武岩的同位素定年、岩石锶钕氢同位素分析、水含量分析，再用7天完成论文的写作和投稿。 “我们刚好用了差不多两周的时间完成了上述工作，并且在第100天的时候在《自然》杂志上在线发表了3篇文章，这是我国学术实力的体现。”李献华和团队为他们跑出的月壤研究中国速度感到骄傲。 而支撑这一重磅结果的，仅仅是3克月壤样品。 “2020年12月嫦娥五号月壤样品返回后，我申请获得了3克月壤。月壤平均粒度约50微米，肉眼看上去比面粉还要细，很多细颗粒都粘在容器壁上，我的直观感受是一定要先确保样品保存完好。”李献华回忆道，自己碰到月壤样品那一刻，心跳都加速了。 3克样品，粒粒都是珍宝。要在3克样品中挑选出可被用于分析研究的玄武岩颗粒，考验着李献华团队的技术功底。 挑选工作要在显微镜下进行，手部任何一点多余的抖动，都会导致颗粒无法被有效挑选，后续研究也就无从谈起。李献华团队的技术员马红霞正是从事这项工作15年的行家里手。“这样的技术员是所里的‘宝贝’，国内外很多科研机构遇到分离样品的难题时，都要找到所里来借鉴经验甚至借人。”吴福元说。 挑选工作开始的那天，马红霞带着自己打磨的一粗一细两把镊子，平静地走进了盛放样品的超净实验室。“颗粒更小，质地也更疏松。”刚上手，马红霞就表达了她的看法。 胸有成竹的马红霞凝神静气，双手稳稳地在细如面粉的样品中操作着，没有任何多余的动作。一颗颗玄武岩颗粒被她规律地排放起来，并浇筑成标准的树脂靶，然后中间剖开，制备成平面，为后续研究奠定了坚实的基础。 精心挑选出的月壤颗粒没有辜负研究团队。在拿到月壤样品后的第53个小时，实验室内的分析仪器给出了第一个数据，20亿年！一举将月球火山活动的结束时间推迟了约8亿年。 当时，中国科学院地质与地球物理研究所离子探针实验室主任、研究员李秋立的第一反应是，“不敢相信这是真的”。最终，经过研究团队反复论证，前后进行约两百次分析，确认了这一震惊科学界的结果。 “实战”前做好技术储备工作 工欲善其事，必先利其器。在这一震惊世界的成果背后，是李献华团队十年磨一剑的准备。 探究月壤的年龄，需要用离子探针将氧离子束照射到矿物上，测量其中的铅同位素组成并计算其年龄，含锆矿物是重要的搜寻目标。 “之所以要寻找含锆矿物，是因为这种矿物在形成时富集铀、不含铅，因此离子探针测得的铅基本上都是放射成因的，可以获得可靠的同位素定年结果。”李献华解释道。 要寻找含锆矿物，离子探针分析的空间分辨率至关重要。 含锆矿物的宽度通常只有几微米，只有离子探针的分析束斑足够小，才能准确覆盖矿物，束斑如果过大，就会分析到覆盖于矿物颗粒间或缝隙中可能遗留的其他元素，尤其是可能照射到不属于月球样品的铅，从而影响测年结果。 为了提升离子探针分析的空间分辨率，李献华团队拿出了“铁杵磨针”的劲头。该团队成员用3年时间将高精度离子探针U—Pb同位素体系定年的空间分辨率从传统的10微米提高到5微米。但他们仍不满足，后又用10年时间，将离子探针精确定年的空间分辨率进一步提高到小于3微米，进而达到了国际领先水平。 “从5微米降到3微米，看似只进步了一点点，其实难度非常大。这10年，大家是非常辛苦的。”李献华表示。 正是凭借着这股“铁杵磨针”的劲头，在开展月壤研究之前，李献华团队已经硕果累累。该团队最早确认华夏陆块存在太古代地壳物质，将Rodinia超大陆聚合时间从10亿年修订至9亿年；精确测定了华南新元古代冰期的起始年龄，为雪球地球理论和地质年表成冰系时代的修订提供了关键年代学证据。 除此之外，在正式对月壤展开研究前，李献华团队还提前进行了一次小小的“热身”。 中国科学院地质与地球物理研究所的博物馆有一份标注为“阿波罗月尘”的样品，已经存放了50年，但对于该样品的其他信息所知甚少，甚至都无法确定其是否为真的月壤样品。2021年春节前，吴福元将169毫克样本交给李献华，让团队先“练练手”。 “我们花了两个星期把结果做出来，证明这个月尘样品是阿波罗11号采集的样品。这是我们在拿到嫦娥五号月壤样品前的一次‘实战演练’，既锻炼了队伍，又增强了信心。”李献华表示。 用心传好科学研究“接力棒” “敬业、勤业、精业、乐业”是李献华及其团队成员的共同信念，他们尤其重视“热爱”对科研的推动作用。团队“大家长”李献华也愿用自己的亲身经历，向年轻人强调这一点。 在研究月壤前，李献华的研究主要集中在地球上。不过，他一直对月球研究感兴趣。 在报考研究生时，李献华选择的导师是中国科学院院士欧阳自远。欧阳自远曾利用美国赠送给中国的月壤样品，集结来自全国的科研力量，发表了14篇论文。但当年由于报考欧阳自远研究生的人太多，李献华被调剂到了同位素地球化学专业，与月球研究擦肩而过。 好在兜兜转转近40年，李献华终于“回归”到了月壤研究。 从欧阳自远打开中国人研究月壤的大门，到李献华团队实现月壤研究重大突破，月壤研究的“接力棒”一代代传了下去。如今，“接力棒”传到了年轻一辈的手中，李献华想要把更多的本领传给他们。 “搞科学研究就像跑4×100米接力，要一代一代的研究者接续完成。任何人都不能‘掉棒’，而且一定要安稳‘交棒’。”李献华表示，教书育人是一个把书本念“薄”又念“厚”的过程，教学相长，自己也能在此过程中不断温故知新。 对待团队和学生，李献华是这样说的，也是这样做的。 李献华长期担任多个国内外杂志的主编和编委，工作量极大，但对待学生的事情他从不含糊，总是愿意花费很多时间和精力来关注大家的工作进展和生活状态。学生们的文章，尤其是第一篇论文，大到文章立意把握，小到单词和标点符号的正确使用，他都会特别细心地修改。李献华不管多忙，学生发给他的论文，总能在第2天收到修改稿。 （编辑：ASP站长网） |
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