科普 | 尋找未知的碳礦物

“嫦娥石”是一種磷酸鹽礦物，呈柱狀晶體，存在于月球玄武巖顆粒中，是科學家利用X射線衍射等一系列高新技術手段，在14萬個月球樣品顆粒中分離出的一顆單晶顆粒，粒徑約10微米。我國因此成為世界上第3個發(fā)現(xiàn)月球新礦物的國家。該礦物也是人類在月球上發(fā)現(xiàn)的第6種新礦物。

在月球上發(fā)現(xiàn)新礦物很難，在地球上也不容易。盡管人類的足跡已經(jīng)遍布全球各地，但地球上究竟還有多少礦物未被發(fā)現(xiàn)，沒有人知道。

目前，由國際礦物學協(xié)會（IMA）匯編的礦物種類高達5829種。這些礦物主要發(fā)現(xiàn)于地殼淺部和地球表層。

在如此龐大的礦物種類中，礦物學家發(fā)現(xiàn)了一種有趣的分布。在全世界范圍內(nèi)，僅在1個地方發(fā)現(xiàn)的礦物有1200多種，在2個地方發(fā)現(xiàn)的礦物有600多種，在3個地方發(fā)現(xiàn)的礦物有近400種。更讓人吃驚的是，資料顯示，所有記錄在案的礦物中，發(fā)現(xiàn)于5個地方的礦物占一半以上。

在所有的礦物中，碳礦物的多樣性和分布尤其受到關注。這是因為碳不僅是地球生命最關鍵的元素，也為人類社會提供了大部分的能源。同時，大氣中的二氧化碳也影響著地球的氣候。因此，碳礦物的種類、賦存狀態(tài)等問題也成為地質(zhì)學家所關心的課題。

2008年，國際深碳循環(huán)研討會提出：從2009年到2019年，建立一個為期10年的深部碳科學研究項目，即深碳觀測計劃（Deep Carbon Observatory，DCO）。該項目在實施過程中專門設置了“尋找所有未知碳礦物”課題，由美國亞利桑那大學的應用數(shù)學講師蓋責·希斯塔德領導。

2015年，基于礦物的分布規(guī)律，希斯塔德借助大數(shù)據(jù)思維，利用當時已發(fā)現(xiàn)的403種碳礦物（截至今天已發(fā)現(xiàn)的碳礦物為486種）的詳細研究資料，以及資料中記載的近8.3萬種不同碳礦物性質(zhì)及其位置等數(shù)據(jù)，通過建立模型，對地球上所謂的“缺失的礦物”進行了預測。

希斯塔德的模型顯示，至少還有1500種礦物有待發(fā)現(xiàn)，其中包括145種碳礦物、100多種硼礦物、30種鉻礦物和15種稀有元素鈷礦物。這些未知的碳礦物可能存在于地表或近地表地區(qū)，其中有近90%可能含有氧元素和氫元素，有數(shù)十種礦物可能含有鈣元素和鈉元素。深碳觀測計劃最終公布了碳礦物預測清單，給出了明確的未知碳礦物探索方向和內(nèi)容。

幾個世紀以來，礦物學一直是一門觀察性的科學，每一種新礦物都是在偶然間被發(fā)現(xiàn)的。例如，稀有的鈉鉀云母是研究人員在分析普通黑云母的過程中被偶然發(fā)現(xiàn)的。隨著科學技術的發(fā)展，通過大數(shù)據(jù)建模，礦物學家現(xiàn)在可以很好地預測未知的礦物，以及這些稀有礦物的性質(zhì)和位置。

2016年，深碳天文臺（由參與深碳觀測計劃的科學家組建）基于希斯塔德的碳礦物預測清單發(fā)起了全球碳礦物發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)賽，來自世界各地的一大批礦物愛好者及礦物學專家加入其中。

在挑戰(zhàn)賽開始的第一年里，就有九種新的含碳礦物獲得IMA批準。阿貝拉石（Abellaite）是第一個被發(fā)現(xiàn)的新礦物，它是一種含鈉和鉛元素的碳酸巖礦物，產(chǎn)自西班牙加泰羅尼亞，呈淡綠色，是噴霧狀的細小針狀體?？上驳氖?，阿貝拉石正是DCO公布的預測名單中的一種礦物。

碳礦物挑戰(zhàn)賽一直持續(xù)到2019年，在這期間有31種碳礦物被發(fā)現(xiàn)。

目前，自然界中絕大多數(shù)含碳礦物都是在地表或地殼淺部被發(fā)現(xiàn)的。其實，在地球深部還隱藏著大量的礦物學秘密。一些我們看不見摸不著的礦物，正藏身于地幔和地核之中，形成于極端的溫度和壓力條件下。期待未來有更多的碳礦物被發(fā)現(xiàn)！

（作者單位：中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所地球系統(tǒng)科學研究中心）

來源：中國自然資源報

責任編輯：胡惠雯