优秀校友李小虎研究员回校共话天体化学前沿

2024年9月30日,应学校邀请,河西学院优秀校友、中国科学院新疆天文台李小虎研究员回访母校,并作了“天体化学研究简介”主题讲座,化学化工学院与物理与机电工程学院师生参加了报告。报告会上,李小虎介绍了天体化学的基本概念,强调了这一学科在探索宇宙奥秘、理解宇宙起源与演化中的重要作用,结合自己的研究方向和多年科研成果,详细阐述了天体化学的研究对象——从遥远的星云、恒星到行星系统,再到太阳系内的彗星、小行星等,每一片星空都蕴藏着等待被揭示的秘密。

天体化学:地球起源与演化的几个关键问题

以近几年天体化学研究取得的一些重要成果，论述了对于认识地球的起源和演化进程的重要意义。地球主要由一套具有独立化学成分组成的硅酸盐质星子群随机碰撞吸积而成。地球的星子堆积形成方式和初始化学成分的不均一性制约着地球后期的非均一、非均变演化过程。以１８００Ｍａ为转折点，地球的演化具明显的两阶段演化特征：早期以初生壳体———星子源地体的形成和发展为特点，后期以岩石圈板块运动为特点。地球演化史中的地外撞击事件，是太阳系形成机制———碰撞吸积作用的继续，是地质历史生物、沉积、岩浆、构造等演化的重要营力之一。

中国陨石学与天体化学研究进展(2011—2020)

过去十年,中国陨石学与天体化学研究迎来了一个迅速发展时期。嫦娥工程与月球采样返回,以及天问一号火星探测等一系列深空探测工程的成功实施,极大地推动了我国陨石学和天体化学的发展;南极格罗夫山陨石库的建设,为学科发展提供了充足样品;高精度同位素分析平台的建设,保障了陨石及地外返回样品的分析研究需要;此外,国内还涌现了一批优秀行星科学与天体化学青年人才。与此同时,通过对各类陨石的研究,在太阳星云起源与演化、火星与月球等类地行星形成与宜居性研究、小行星岩浆作用和含水蚀变及后期撞击历史等方面也取得了重要成果。

陨石Cr同位素组成测试技术及其在天体化学研究中的应用

Cr同位素作为一个新的研究手段,在天体化学领域中主要应用于追溯太阳系早期历史演化和定年。Cr同位素组成测定的主要技术是二次离子探针、热电离质谱和多接收等离子质谱,本文对这些分析技术的特点和发展作了论述。随着分析技术的发展,目前对ε(53Cr)和ε(54Cr)测定精度分别达到6 ppm和12 ppm(2σ)。高精度Cr同位素比值测定可以对陨石物质中更微细的Cr同位素变化进行测定,近几年的高精度Cr同位素测定数据,对53Cr和54Cr在太阳系中的分布是否均一及它们所指示的成因意义提出了新的认识。高精度Cr同位素组成测定和研究将为我们带来许多新的发现和突破,去重新认识和评价Cr同位素在太阳系中的分布规律及成因模式。

陨石学及天体化学研究某些新进展

陨石是来自含气体-尘粒的太阳早期星云盘凝聚和吸积的原始物质,大多数原始物质因吸积后的作用过程而改变(如月球、地球及火星样品),但有一些却完整的保存下来(如球粒陨石或球粒陨石中的难熔包体)。这些原始的物质通常依据同位素丰度特征来识别,依据其矿物-岩石学特征和成因可将已知的陨石划分许多更小的类型。陨石学及天体化学的新近进展包括:新近识别的陨石群;发现新类型球粒陨石及行星际尘粒中发现前太阳和星云组分;利用短寿命放射性核素完善了早期太阳系年代学;洞察宇宙化学丰度、分馏作用及星云源区及通过次生母体的作用过程阐释星云和前星云的记录。本文概述了早期太阳系内从星云到陨石的演化过程。依据这些资料,对早期太阳系所经历的多种核合成的输入、瞬时加热事件与星云动力学有一些新的认识,以及认识到小星子和行星体系的演化比以前预期的更快速。

实验凝聚岩石学的研究进展及天体化学意义

实验凝聚岩石学是在低压高温条件下,对太阳星云早期的凝聚过程进行模拟实验研究的科学。本文介绍了该学科的由来及近况,并对其天体化学意义进行了评述。

某些南极陨石的天体化学特征

用中子活化分析测定了7个南极球粒陨石的主量和微量元素含量，讨论了这些陨石的元素丰度分配特征及南极陨石与非南极陨石的元素丰度差异，并划分了这7个南极陨石的化学群：Y791717（C3），Y74193（H5），ALH76006（H6），ALH77214（L3），Y75271（L5），ALH76001（L6），ALH76009（L6）陨石。

强亲铁元素高温地球化学与天体化学及研究进展

强亲铁元素(HSE)包括铂族元素(PGE):Os、Ir、Ru、Rh、Pt、Pd)及Re、Au,它们对金属与硫化物相具有强烈的亲和性,这种独特性质使其成为高温地球化学与天体化学研究中的优秀示踪剂。此外,强亲铁元素内含两种长半衰期(^(187)Re-^(187)Os,t_(1/2)=41.6 Ga;^(190)Pt-^(186)Os,t_(1/2)=469 Ga)和一种短半衰期(^(107)Pd-^(107)Ag,t_(1/2)=6.5 Ma)放射性同位素衰变体系,可以用作地球与天体演化的时钟。在地幔部分熔融或分离结晶期间,PPGE(Rh、Pd、Pt)与Re、Au倾向于进入熔体相,IPGE(Os、Ir、Ru)则更多保留在残余固相。因此,通过地幔包体、地幔构造岩、镁铁质与超镁铁质火山岩的HSE丰度与Os同位素可约束地幔组成和相应的岩浆过程,以及制约地球早期演化过程。随着分析技术的改进,HSE与Re-Pt-Os同位素在行星增生与分异、核幔相互作用、壳幔分异、洋陆转换、克拉通形成与破坏、岩石圈俯冲再循环以及Ni-Cu-PGE矿床成因等方面均显示了巨大的应用潜力。

分子云的天体化学观测和模拟研究

分子云是恒星形成的主要场所.伴随着望远镜探测能力的提升,时至今日已经有约200多种分子在星际云团和星周环境中被探测到,为人们理解分子云内物理化学过程提供了观测窗口.天体化学就是通过理论、实验和模拟等手段,从物理化学角度理解分子云内分子演化的化学过程,揭示分子在星际空间的演化途径.本文首先简要介绍了两种分子频谱数据的分析方法|转动图和能级布局图方法,然后总结了天体化学模拟方面的最新研究进展.

我国天体化学研究的成就与方向

在中国,宇宙化学从历史上来说是作为地球化学的一个分支发展起来的,固此,具有较多的地球科学特征,并或多或少地更侧重于天体的矿物和地质化学的研究。这一现象使得中国的宇宙化学家在对诸如不同地质体中的宇宙尘、无机—有机形成的天然气、比较行星地质学和撞击重大事件对环境及物种灭绝的影响等方面取得许多有特色的研究成果。简言之,近几十年来,中国宇宙化学家主要侧重于如下研究领域,并在这些领域中取得了丰硕的成果:

地球化学若干领域的回顾与展望

对地球化学的某些领域 ,如元素的丰度和起源 ;地球与太阳系的化学演化 ;资源的勘察、利用与成因研究 ;元素的循环与示踪 ;环境地球化学 ;天体化学 ;分析与实验地球化学等在 2 0世纪所取得的进展作了简短回顾。并对地球化学的某些领域 ,如全球变化研究与生态环境保护、新的洁净能源与矿产资源、防灾减灾和保障人群健康、征服太阳系并使之为人类社会的可持续发展服务等方面的发展前景作了简要论述。

五龙陨石:一块新发现的主群橄榄陨铁

橄榄陨铁作为太阳系早期分异小行星的碎片,记录了母体深部核幔分异过程,其成因研究对重建太阳系行星分异历史具有重要的指示意义.五龙陨石大约于1992年在内蒙古被发现,但直到2020年才被学界关注.本文对该陨石进行了详细的岩相学、矿物化学和同位素地球化学研究.五龙陨石的矿物模式丰度为:橄榄石(~72.7 vol.%)、金属(~26.2 vol.%)、陨硫铁(~0.6 vol.%)、陨磷铁镍石(~0.4 vol.%)、铬铁矿(~0.1 vol.%)等.橄榄石(Fa12.5±0.2)和铬铁矿(Al#~15.2±0.9、Fe#~67.9±1.5)颗粒成分均一,未发现成分环带.Fe-Ni金属成分:Ni-7.71 wt.%、Ga-17.8μg/g、Ge-26.2μg/g.橄榄石δ^(18)O(δ表示样品中的同位素比值与标样中的同位素比值的相对偏差)为3.04±0.01‰、△17O(△代表同位素分馏值)为-0.18±0.01‰.综合五龙陨石的岩相结构特征、矿物化学成分、Fe-Ni金属亲铁元素含量及橄榄石氧同位素组成,确定其为新发现的主群橄榄陨铁.

NWA 13943(CK5型)碳质球粒陨石的矿物岩石学和稳定同位素组成研究

CK型陨石是一类高度氧化的碳质球粒陨石,金属/磁铁矿的比值接近零.与其它类型的碳质球粒陨石(岩石类型:1-3)不同,大多数CK型陨石在母体上经历了强烈的热变质过程(550-1270K),以4-6型为主.多项证据表明,CK和CV3型陨石具有成因联系.但是,两者在岩相结构和化学组成方面仍存在微小差异.因此,精细地区分和比较两者的地球化学特征对于验证CK-CV单一母体假说非常重要.Northwest Africa(NWA)13943是一块新发现的陨石,经历过较强烈的热变质作用.利用扫描电子显微镜和电子探针,确定了NWA 13943的岩石类型.并运用质谱分析技术,重点测定了NWA 13943陨石的全岩氧同位素和铬同位素组成.综合岩石结构、矿物化学成分、氧同位素异常(△^(17)O,△代表同位素分馏值)和铬同位素异常(ε^(54)Cr,ε表示样品中的同位素比值与标样中的同位素比值的相对偏差的10^(4)倍),CK和CV型陨石的母体可能形成于原行星盘中两个相似但不同的化学源区.

昭平、惜福和哈密铁陨石的矿物岩石学研究和化学群分类

详细分析了中国新近发现的3块铁陨石即:昭平、惜福和哈密的矿物组成和化学成分,并根据它们的化学元素(Ga、Ge、Ni和Ir等)含量进行了分群;昭平和惜福铁陨石分别属于ⅠAB的低Ni低Au亚群和ⅢCD铁陨石群,哈密铁陨石因为其本身的Ga和Ge的含量很低以及实验仪器的精度限制,只能得知该陨石的Ga含量小于2ppm、Ge含量小于10ppm,根据其化学元素含量.结构特征和矿物组成,初步判断哈密铁陨石应属于未分群铁陨石.

实验空间化学──材料科学、场化学与空间化学的交叉

实验空间化学──材料科学、场化学与空间化学的交叉ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＳｐａｃｅＣｈｅｍｉｓｔｒｙ──ＡｎＩｎｔｅｒｄｉｓｃｉｐｌｉｎｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅ，ＦｉｅｌｄＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＳｐａｃｅＣｈｅｍｉｓｔｒｙ￥／／萧小月...

欧阳自远:解密月球 逐梦星辰

欧阳自远是我国天体化学的开创者,中国科学院院士,中国月球探测工程首任首席科学家,他是中国科学界的一颗璀璨明珠,也是天体化学领域的传奇人物,被誉为“嫦娥”之父。2024年6月25日14时07分,随着嫦娥六号返回器携带来自月背的月球样品安全着陆在内蒙古四子王旗预定区域,已耄耋之年的欧阳自远眼中闪烁出孩童般的喜悦与热切。他激动地说:“嫦娥六号是中国航天史上迄今为止技术水平最高的月球探测任务,突破了月球逆行轨道设计与控制技术、月背智能采样技术、月背起飞上升技术,实现了世界首次月球背面自动采样返回,再次创造了中国航天的世界纪录。”

元阳铁陨石的矿物岩石学和微量元素地球化学研究

元阳铁陨石是2010年在云南省元阳县山区发现的,其内部的主要矿物为铁纹石和镍纹石,铁纹石的含量很高(约占80%),镍纹石的含量较低.铁纹石中Ni含量为4.88–6.21wt%,镍纹石中Ni含量为26.13–50.27 wt%.副矿物有陨磷铁镍石、闪锌矿和氮铬矿.陨磷铁镍石存在大、小两种颗粒,具有颗粒越大Ni含量越低的特点.元阳铁陨石中没有发现硅酸盐包体.由于经受了地表风化蚀变作用,样品边缘以及铁纹石裂隙间都发生了氧化.元阳铁陨石中铁纹石的条带宽度较粗,属于粗粒八面体结构.中子活化分析结果显示:元阳铁陨石的Ni(7 wt%)和Au(1.565 ppm)的含量都相对较低,和IAB-MG(IAB-Main group)群的铁陨石在化学成分上具有相似性,属于IAB-MG群.相对于其他IAB-MG群铁陨石,元阳铁陨石的Ir(1.00 ppm)含量偏低,这可能是由于其母体中富含Ir的矿相在冲击作用下并没有完全熔融.

外太阳系小星体化学

介绍了近年人们通过宇宙飞船的临近探测和遥感技术，辅以实地的地面分析结果，获得了大量外太阳系中部分小天体的化学信息，为了解太阳系的形成提供了重要的数据。

Cosmic Ray-driven Bioenergetics for Life in Molecular Clouds

According to models such as panspermia or the Nebula-Relay hypothesis,the ancestors of life on Earth once lived in molecular clouds.Then what are the energy source and bioenergetics for such lifeforms?A new bioenergetic mechanism powered by cosmic ray ionization of hydrogen molecules is proposed and its relation with the origin of chemiosmosis is also discussed in this paper.Based on this mechanism,the Last Universal Common Ancestor may be a type of lifeform that utilizes hydrogen molecules as donors of electron transport chains.