導讀

2021年，全世界科學界的一個大新聞是，中國科學家透過分析嫦娥五號取回的月壤，發現月球岩漿活動在20億年前還存在。

2021年，全世界科學界的一個大新聞是，中國科學家透過分析嫦娥五號取回的月壤，發現月球岩漿活動在20億年前還存在。此前美國和蘇聯對阿波羅計劃和月球號計劃取回的樣品分析，得到的都至少是28億年前。也就是說，中國科學家把月球的岩漿活動時間一下子延長了8億年。

然而有一種聲音說，這並不算很大的成就，因為中國分析樣品的手段還是常規的，他們只是派出了更多的人力去拼而已。真的是這樣嗎？最近，我的朋友、中國科學院地質與地球物理研究所研究員李金華和李秋立等人發表文章，建立了嫦娥五號月壤樣品單顆粒分析工作的流程圖，我才發現中國這些成果絕非幸致。

嫦娥五號月壤和未來行星返回樣品單顆粒綜合分析工作流程圖

這裡的一個關鍵，是尋找富含鋯（Zr）元素的顆粒。為什麼要富Zr？因為樣品定年的基礎是準確分析從鈾（U）衰變而來的放射成因鉛（Pb），但樣品中有些Pb是樣品形成時就已經存在的，在地球上的處理過程還可能帶入地球Pb的汙染，只有把這些都扣除掉才能獲得真正的放射成因Pb。根據樣品中各種Pb同位素的比例，透過擬合與外推就可以知道放射成因的Pb有多少，再根據放射成因Pb的積累過程，就可以算出樣品的年齡。

以上說的是U和Pb，跟Zr有什麼關係？因為要樣品裡放射成因的Pb多，就需要U多。而U是微量元素，很難直接找到含U多的樣品。但U和Zr的離子半徑相近，價態也都是+4價，所以有Zr的礦物中，U就容易透過置換反應進去。打個比方，Zr就好比U的馬甲，馬甲多了，正牌混進去的也就多了。

這些道理以前各國的科學家都知道，但他們並沒有特意挑選，對含Zr礦物是隨機去碰。所以看到中科院的研究成果這麼快出來，有人以為他們是運氣好，他們的含Zr礦物大一些。但其實並非如此，是因為中科院設計的路線好，技術好，他們在有的放矢。

具體而言，李金華、李秋立等人設計了兩套方案，來精準定位月壤樣品中的富Zr顆粒。

一是多顆粒快速定位。利用單顆粒顯微操作技術，將微米尺寸的月壤樣品製備成單顆粒的陣列。然後利用顯微X-射線熒光光譜技術（µXRF）對樣品陣列進行“無損、無接觸和無汙染”的快速掃描分析，獲得所有顆粒的化學元素及其分佈圖像，結合譜學半定量分析技術，挑選出富含鋯元素的目標顆粒（如圖中的P6和P17）。20億年的成果就是用這種方法做出來的。他們在拿到第一批月壤樣品的24小時內，從中挑選出47個單顆粒目標樣品，並精準定位了51個含Zr礦物，最後測得嫦娥五號月壤玄武岩形成的年齡為2030 ± 4百萬年。

二是單顆粒精準定位，這是更新的方法。現在，他們設計了單顆粒綜合分析的“六步走”工作流程圖，基本思想是“先無損，後微損”、“先單顆粒，後微奈米尺度，最後原子水平”、“先側重表面，後開展內部結構”。將現有的多種顯微學和顯微譜學技術，在分析的時間節點上進行排列組合，可對同一個樣品獲得不同尺度下多種資訊。這些方法不僅適用於嫦娥五號月壤，還適用於未來的行星返回樣品，而且適用於各種

地球

珍貴樣品（如來自地球早期、深部或深海等來之不易、不可重現的微小樣品）。以後，大家就會見到中國在這些方面越來越多的成果。

不經歷風雨，怎麼見彩虹，沒有人能隨隨便便成功。方法論層面的進步，才是持續成功的保證。

背景簡介

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文章2022年2月26日發表於微信公眾號

Geoscience Frontiers

，風雲之聲獲授權轉載。

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