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欧阳自远和涂光炽两院士四十年前访问西德带回的陨石考察资讯价值不菲

整整四十年过去了。溯古追今,1979年9月1日两位中国科学院院士(涂光炽、欧阳自远)远赴西德参加了42届陨石学年会,本文为那次的总结考察。回看此文,仍觉收益匪浅,今天我们就将这篇文章分享给广大爱好者,让我们来一起回顾下四十年前关于陨石、月岩、行星及天体化学研究的进展概况!

原文较长,大纲如下:

一、42届陨石学年会及天体化学的进展概况

    (一)行星际空间物质的收集与研究

    (二)宇宙线与陨石的相互作用研究

    (三)陨石的裂变径迹与热发光研究

    (四 )  陨石中同位素组成异常的研究

    (五)陨石年代学的研究

    (六)陨石化学的研究

    (七)陨石矿物的精细研究

     ( 八)陨石热历史的研究

    (九)陨石母体与行星的对比研究

    (十)铁陨石研究

     ( 十一) 新陨石的发现

    (十二)陨石坑的研究

二、里斯-施达因海姆陨石坑与凯泽施图尔火山岩、次火山岩与碳酸盐岩的考察

    (一)里斯-施达因海姆陨石坑

    (二)凯泽施图尔火山岩、次火山岩与碳酸盐岩

三、西德矿物、岩石、地球化学研究概况

    (一)西德马普学会及大学有关矿物、岩石、地球化学的研究机构

     (二)西德有关矿物、岩石、地球化学实验室的概况

原文如下(重点划横线):

赴西德参加42届陨石学年会及对西德矿物、岩石、地球化学研究的初步考察

涂光炽 欧阳自远

一、42届陨石学年会及天体化学的进展概况

      1979年9月1日至9日,我们参加了在西德海德堡举行的42届陨石学年会,并到西德著名的里斯(Ries)陨石坑、施达因海姆贝阿肯(Steinheimer Beaken)陨石坑及凯泽施图尔(Kaiserstuhl)火山岩地区进行地质考察。9月10日至20日对西德海德堡、曼因兹、卡斯鲁危,慕尼黑和波鸿有关矿物、岩石、地球化学的研究机构进行了学术考察。为期共21天。

       陨石学会是一个独立的、国际性的陨石学、月球与行星科学及天体化学研究者组织的一个学术团体。自1934年成立以来,每年召开一次年会,交流研究成果,组织国际协作,促进学术发展并选举学会领导成员,奖励每年在该领域取得优异成果的学者。

      参加42届年会的有18个国家266名科学家。我国是首次应邀参加年会的。到会代表共宣读180多篇论文。我们向年会宣读了三篇论文,受到会议好评。这届年会讨论的内容极其广泛、丰富,涉及到陨石、月岩、行星及天体化学研究的各个领域,充分反映了上述领域取得的新进展和今后发展的趋势,概括为以下十二个方面:

(一)行星际空间物质的收集与研究

      行星际空间物质的收集和研究,扩大了人类研究天体物质的对象,并取得了多方面的新认识。目前已广泛地在航天器上测定宇宙尘埃的质量大小、冲击速率和成分,并计算尘埃在太阳系空间的运行轨道。近年来人们从深海沉积物和极地的冰层中发现了多种宇宙尘埃,大部分尘埃的成分相当于碳质球粒陨石及其他陨石。近年来,对哈雷彗星和藤普勒彗星的粒子进行了成分分析。在木星的同温层中曾发现有CO,浓度约4×1017分子/厘米2。如果木星附近陨石物质的通量达到4×10-13克/厘米2·秒,那么可用陨石的碰撞碎裂所产生的CO来解释。

      太阳风粒子的探测,陨石和月尘中H、He4、Ne29、Ar36等的含量与比值的测定,为探讨太阳风粒子的组分、能量和古太阳风的特征提供了新的依据。

(二)宇宙线与陨石的相互作用研究

     测定陨石中不同深度宇宙成因核素的产额,如Sc48、Mn54、Na22、Co90、AL26、k40、He3、Ne22、Ar38等,不仅能恢复和计算宇宙线的通量、能谱和组成,还说明几千万年以来宇宙线的通量与能谱变化很小,甚至长时间来是比较稳定的。测定陨石中的宇宙成因AL26、Mn52、Ne21-Ne22、Na22-Ne22、Ar39-Ar38、Kr81-Kr83不仅能计算各个陨石的宇宙暴露年龄,同时也为恢复陨石在通过大气层以前的大小和轮廓提供了科学依据。根据已知运行轨道的普日布拉姆,洛斯特城(Pribram. Lost city)和英尼斯弗里(Innisfree)陨石中宇宙成因核素的测定,为定量地估算宇宙线在太阳系空间的时、空变化提供了根据。对60多种铁陨石中宇宙成因He、Ne和K的测定,为恢复铁陨石母体大小和破碎年龄获得了新的认识。

      对于吉林陨石中宇宙成因核素的研究,美国芝加哥大学的E.安德斯(Anders),日本的本田((Honda)、印度的拉尔(La1)、英国的达兰尼(Durrani)、西德化学所的F.贝格曼(Begemann)和核物理所的基斯藤(Kirsten)都进行了宇宙成因Na22、AL26、Co60、Mn54、k40、Ne22、He3、He4、He21、Ar36与Ar38的测定,发现吉林陨石深色相与浅色相中稀有气体同位素的组成有较大差异,吉林陨石的宇宙暴露年龄约1百万年。

(三)陨石的裂变径迹与热发光研究

      通过测定陨石矿物中Pu-U自发裂变径迹的密度、形态和长度,计算陨石的径迹保留年龄,并与K-Ar年龄对比,从而推算陨石母体冷却的速率。测量陨石矿物中宇宙线径迹一方面有助于研究宇宙线通量、能谱和组成的变化,另一方面也为恢复陨石进入大气层的大小与形状提供证据。

      陨石熔壳及不同深度矿物的热解曲线的测定,已定量地给出各种陨石通过大气层时热传导速率和陨石体内的热梯度。根据热发光的研究,推测陨石体内曾遭受的温度分布,结合降落轨道参数,为推测陨石在太阳系空间的运行轨道提供了新的论证。

(四)陨石中同位素组成异常的研究

     七十年代初在碳质球粒陨石的富钙-铝的白色包裹体中,克莱顿(Clayton)等人发现了氧同位素组成的异常,许多学者也相继提出了'不均质太阳系'的假说。有人认为当太阳星云凝聚时,附近有超新星爆发,超新星的粒子渗透到太阳星云,因而形成了氧同位素组成的异常;也有人认为这种异常的出现是由于太阳星云的不均质的混合所造成。近年来对碳质球粒陨石的包裹体及各种酸不溶残渣相进行了同位素组成的分析,发现许多种同位素的组成均呈现出异常。如默奇森(Murchison)碳质球粒陨石的酸不溶残渣相中,发现Ne同位素的异常。阿伦德碳质球粒陨石的7个黄长石和3个黑复铝钛石中发现有Mg26的异常,可能是超新星形成的AL26加入了正在凝聚的太阳星云中,使富含铝的矿物中呈现出AL26→ Mg26,使Mg26,过剩。在阿伦德的酸不溶残渣的组分中,发现Te120、Te122、 Te123、Te124、 Te126、Te128和Te130的同位素组成中,轻和重的Te同位素富集,最富集的是Te123,而Te124则匮乏,而在尖晶石的组分中Te的异常相反。由于陨石的碳组分是富含r和P过程的产物,而尖晶石是富含S过程的产物,因而Hg196、U235和Xe124在碳组分中富集,而尖晶石相中Te123呈现负异常。

       对稀土元素的研究也证明,阿伦德陨石的包体中含有超新星的物质。在两个包体中发现Ce有很大的负异常。Ce元素在超新星的比较氧化的条件下比起在太阳星云的比较还原的条件下更具有挥发性,Ce的负异常表明:稀土元素的凝聚是在比较氧化的条件下,即发生在超新星膨胀的壳层中,而不是在太阳星云凝聚的环境中。另外还发现一系列的富含质子的同位素(如Sm144、Nd142、Xe124、Xe128、Te120、Ba130、 Ba132等)均比地球和太阳系的正常的同位素丰度值要高,也表明这些同位素的相对过剩是超新星的贡献。

      陨石中同位素组成异常的研究不仅说明太阳系各固态天体之间具有化学成分的不均一性,同时其同位素的组成也是不均一的。

  (五)陨石年代学的研究

      通过陨石的研究,计算宇宙年龄约为200亿年,银河系的年龄约100亿年,而太阳系元素的年龄约50—60亿年。太阳星云凝聚的年龄约46—47亿年。根据Pu-xe, Pu-Nd-Xe和I-Xe年龄的测定,间隔年龄从几百万年至几千万年。太阳系各天体固结的年龄,从Sm-Nd、U-Pb、Rb-sr、Re-Os和Ar40-Ar39的测定一般为45.5亿年。陨石母体形成后,由于大小、质量和组成的差异,以及陨石在母体中埋藏的部位不同,因而径迹保留年龄及气体(Ar、Ne、He)保留年龄也各异。目前正在探索保留年龄与母体热历史的关系。陨石宇宙暴露年龄的频谱分析,提供了太阳系空间碰撞史的研究证据。

(六)陨石化学的研究

      陨石化学的研究目前侧重通过各类主量和微量元素的分析探讨太阳星云的分馏、凝聚过程。如亲铁元素、亲硫元素、稀土元素、挥发性元素、易熔与难熔金属元素在不同矿物相中的分布及在分馏凝聚过程的行为,恢复太阳星云的化学演化过程。

(七)陨石矿物的精细研究

      利用高压透射电镜、扫描电镜、电子探针、离子探针、质子探针及电子图象分析,研究和测定矿物微区的成分变化,异常体的成分与结构,铁陨石中的硅酸盐包体,矿物受冲击的微结构特征,球粒内各种元素的分布规律,阐明陨石的形成条件与过程。

  (八)陨石热历史的研究

      从各类陨石中矿物的共生组合、相平衡,行星内部能量的来源、热的传导与平衡、行星的冷却过程来研究陨石母体的热历史,在综合各类陨石母体热历史规律的基础上,探讨行星的演化历史。许多作者探讨了陨石中镍纹石环带结构的组分变化及镍纹石的形成与冷却速率;陨石中硅酸盐相、Fe-Ni、Fe-Ni-P的相平衡过程;有些作者从陨石矿物中裂变径迹和稀有气体的保留年龄计算陨石母体的冷却速率,或从太阳星云中各种矿物的凝聚温度和陨石矿物成分的均匀性计算陨石母体的热历史。

(九)陨石母体与行星的对比研究

     目前侧重于模拟不同大小母体内部不同温度、压力条件下矿物的组合、元素的迁移、结构的变化从而探讨行星的演化特点;通过陨石的综合研究,对比地幔和地核的物质成分与物质形态;研究行星的早期的物质分馏、岩浆活动和后期的冲击过程,探讨行星演化的基本规律。

(十)铁陨石研究

      铁陨石的研究进展一直比较缓慢,当前要关注以下几个方面。铁陨石各矿物相中和微量元素的的分布,铁陨石硅酸盐包体的成分、同位素组成与年龄,铁陨石的宇宙成因核素及其暴露年龄。

  (十一)新陨石的发现

      南极洲陨石的大量发现与收集,是陨石学研究史中的重要进展。1912—1969年间,在南极洲仅发现四块陨石。1969年,日本地质考察队在山都(Yamato)附近,发现了大量的保存完好的各种类型的陨石。到1975年日本就收集到991块陨石。1977年—1978年各国学者又收集到331块陨石。全世界自古以来收集到陨石约2600次,而近几年在南极洲发现陨石就达1000多次,约占全人类已收集的陨石的一半。目前正在开展广泛的国际协作,研究南极洲陨石,这将对陨石学的发展大大推进一步。

(十二)陨石坑的研究

      太阳系的金星、水星、火星以及月球、火卫的观测已证明,这些行星和卫星的表面发育着大量的大小不等的陨石坑。地球表面已发现有78个有确凿证据的陨石坑。陨石坑是太阳系行星演化的共同特点,因而冲击成坑的机制、冲击抛射物的特征、冲击重熔的矿物、冲击重熔岩石中元素的迁移富集规律一直是人们关注的研究课题。

       陨石坑的研究比较完满地解释了地球上一些玻璃陨石的成因。过去有人认为澳大利亚—远东(包括我国广东和海南岛的玻璃陨石)群的玻璃陨石是西伯利亚埃尔基基特金(Elgygytgun)等陨石坑溅射物形成的。最近通过裂变径迹年龄的研究发现,埃尔基基特金的成坑时代为4.5±0.4百万年,西伯利亚波比盖(Popigai)坑的年龄为30.5土1.2百万年,而澳大利亚一远东群玻璃陨石的年龄仅0.7±0.04百万年,北美玻璃陨石的年龄为34.6土0.7百万年,因而否定了西伯利亚埃尔基基特金坑和波比盖坑形成澳大利亚一远东群玻璃陨石及北美玻璃陨石的假说。

     此外,有关月球岩石及行星探测的研究结果,特别是关于行星大气、行星壳层、幔、核的成分,行星磁场及行星演化过程的对比研究,反映了航天技术发展所获得的大量资料将大大丰富月球科学,比较行星地质学的内容。

      陨石与天体化学的研究领域在以下几方面将会开展比较深入的研究,如:新陨石(尤其是南极洲陨石)的系统研究;陨石包体中同位素(C、O、Ca、Si、Mg、Sm、Nd、Te、Ba、Xe等)异常与太阳系的起源;稀有气体同位索组成与陨石热历史;宇宙成因核、径迹与热发光研究;陨石矿物、微量元素及实验研究与太阳星云的凝聚过程;陨石的Pu-Xe、I-Xe、Sm-Nd、Os-Re及宇宙暴露年龄的研究;行星探测结果的解释等。整个工作侧重深入到微量元素、同位素及各种核作用的层次,以探讨太阳系的化学演化过程。

二、里斯-施达因海姆陨石坑与凯泽施图尔火山岩、次火山岩与碳酸盐岩的考察

      陨石会议前后曾分别参观了里斯--施达因海姆陨石坑和凯泽施图尔基碱性火山岩次火山岩及与之共生的岩浆成因碳酸盐岩。这两种地质体在我国均尚未发现,但发现的可能性很大,故特简介如下:

(一)里斯-施达因海姆陨石坑

      这两个陨石坑均在西德南部,相距40公里。里斯坑直径25公里,坑深750米,坑容积184公里3,是目前世界上最大的、保存较完好的、研究程度最高的陨石坑。施达因海姆坑要小得多,直径3.8公里,坑深200—220米。

      这两个坑的圆形构造很早就引起地质学家的重视,在本世纪六十年代前一般倾向于火山成因。但这只是一种推测,因为在本地区广泛分布的中生代地层(履石坑即形成于其中)内并未发现有火山熔岩或凝灰岩,抛射物中也无火山物质。1936年施图策尔(Stutzer)曾提出两个坑可以与美国亚利桑那的梅蒂尔坑对比,可能是陨石冲击成因,但也缺乏依据。

      1960年经过休梅克(Shoemaker)和赵景德的工作,才论证了里斯坑的陨石高速冲击成因。之后不久,施达因海姆坑也被认为是高速冲击成因的。但冲击体有认为是彗星,也有认为是陨石。

      里斯坑中'Suivite'的K-Ar和裂变径迹年龄互相吻合,是14.7士0.7百万年。坑形成后,两者都发育了第三纪湖相沉积,沉积物中的化石年龄也大致相同。因此,人们倾向于认为两个坑是同时或基本同时,由同一种作用形成的。

陨石冲击成因的依据主要是:

1.经过镜下工作,发现了SiO2的高压异相矿物(即柯石英和超石英),这两种矿物不可能形成于火山喷发作用,而只能形成于陨石或彗星的高速冲击过程;

2.一些冲击构造,如震动锥的发现;

3.圆形构造,坑边突起。在施达因海姆坑中还有250—380米比高的相对隆起,由比坑边地层较老的地层组成,这种坑中隆起被认为是冲击停止后冲出面下的物质回返运动造成的,这是火山作用所不可能出现的;

4 . 大部分抛射物的搬运不是在空气中携带的,而是在一定围压下以滚动-----滑动方式沿地面进行的,这和火山喷发过程完全不同。

    据介绍,里斯陨石坑有三种主要抛射物。一种是沉积岩抛射物,占总抛射物90—95%。抛射物本身不显冲击现象,但有破碎、震动、磨细作用。5—10%的抛射物为基底岩石(前海西变质岩和海西期花岗岩)及一种称作'Suivite'的岩石(含玻璃质,由强烈到中等冲击的基底岩石与少量沉积岩组成的抛射物)。沉积岩抛射物主要是在高围压下顺地面的滚动--滑动方式搬运的。'suivite'和部分基底岩石抛射物和少量沉积岩抛射物则是在无围压条件下在空气中搬运的。大量抛射物呈滚动—滑动方式运移证明如下:

1.基岩面上可看到擦痕和擦糟,它们的方向大致从陨石坑中心向外呈辐射状;

2.圆形抛射物不同面上都可出现擦痕;

3.石灰岩结核和含铁硅质岩结核呈塑性变形,估计围压应在30千巴以上;

4 . 不同层位中的页岩由于塑性变形而紧密褶皱;

5 . 由于抛射物之滚动--滑动,基岩表层也被卷入褶皱。

(二)凯泽施图尔火山岩、次火山岩与碳酸盐岩

       第三纪火山岩系广泛分布于中欧——自法国东部经西德、捷克斯洛伐克一直到波兰西里西亚,火山岩系主要为玄武岩成分,具碱性分异特征。

       凯泽施图尔位于上莱茵地堑,介于黑森林和佛释山脉之间。本区大部为黄土复盖,岩石露头零星。除东部出露渐新世及少量侏罗世沉积岩外,凯泽施图尔山地主要由中新世火山岩、次火山岩及侵入碳酸盐岩组成。

       在渐新统侵蚀剖面之上堆积了一套凝灰岩和火山角砾岩。角砾中有碳酸盐岩和碳酸霓长岩。此层之上为岩流及凝灰岩(成分相当于白榴灰玄岩)。一般在东部层位较低较老,西部较新较高。在凯泽施图尔西部边缘出露的最新火山岩在成分上与较老火山岩不同。它包括了含橄榄石碱玄岩、玻基辉橄岩、碱长霞石岩,有时夹响岩、凝灰岩、火山角砾岩等。后者之角砾中同样也含碳酸盐石和碳酸长霓岩。火山岩中夹有厚约15米的中新世泥灰岩、钙质砂岩和砾岩。

      次火山岩活动大致与上述火山岩活动同时开始。最早是响岩,然后是厄塞霞斜岩(essexite-theralite)。有大量相同成分的岩脉活动。另外,还有次火山角砾岩,它们在碳酸盐岩附近更发育些。角砾包括厄塞岩、响岩、各种脉岩,也有碳酸盐岩。

      在中部凯泽旋图尔,碳酸盐岩出露面积达1平方公里,在其他部分也相当发育。碳酸盐岩的侵入性质(即具岩浆性质)可从下述几个方面看出:

     1 . 它与围岩(火山岩、次火山岩等)呈侵入接触关系,后者受到碳酸盐岩的蚀变(黑云母化、碳酸盐化等)。大量由碳酸盐岩组成的岩脉穿插到各种围岩中。

     2 . 在碳酸盐岩中有围岩的俘虏体,如响岩等,它们也受到碳酸盐岩的蚀变。

     3.在矿物成分上,有的碳酸盐岩富云母,有的富磁铁矿、磷灰石和橄榄石。碳酸盐矿物主要是方解石,也有白云石、铁白云石。另外,还有重晶石。

     4.锶含量高,一般为6000—9500ppm,而附近的沉积岩含锶仅150—350ppm。这种含量可与世界其他地方的侵入碳酸盐岩对比(2500—7750ppm),甚至较高一些。另外,凯泽施图尔碳酸盐岩中P、Ba、Nb、U含量也高,不象沉积的碳酸盐岩石。

     5.碳、氧同位素比值与世界上一些典型侵入碳酸盐岩〔如瑞典的阿尔内(A1no),美国科罗拉多的铁山(Iron Hi11),南部非洲的施皮茨科普(Spitzkop)〕一致。

      在大量碳酸盐岩岩浆侵入之后(形成岩株、岩墙),还有一次更晚的、高度分异的岩脉活动,成分复杂。按穿插关系,它们的先后次序大致是:沸煌岩、响岩、霞霓岩(tinguaite)、白榴闪辉斑岩、黝黄煌岩、中长粗安岩、正长辉石岩(shonkinite)和更晚的碳酸盐岩墙。看来,碳酸盐岩活动是多次的。

三、西德矿物、岩石、地球化学研究概况

      我们在西德访问和考察了马普学会的核物理所、化学所、海德堡大学、卡尔斯鲁厄大学、美因兹大学、慕尼黑大学、波鸿大学的矿物、岩石、地球化学研究机构60多个实验室。对西德在上述领域的研究概况、实验技术的特长和研究课题有了一个轮廓性的了解与估价。

(一)西德马普学会及大学有关矿物、岩石、地球化学的研究

      马克斯·普朗克科学促进会(简称马普学会)是由1911年成立的威廉皇家学会演变而来的,于1948年成立,是西德最大的研究组织。马普学会主要从事自然科学和人文科学的基础研究。马普学会从事于其他研究单位无力承担的、投资大、跨多门学科的基础理论研究,而特别重视着眼于未来的、有发展前景领域的开辟;在实验技术方面也是多具创建性和高、精、尖的设备,一旦成熟则移交给大学或生产部门推广。马普学会下设近60个研究单位,而从事矿物、岩石、地球化学的研究机构只有核物理所和化学研究所。

      核物理所创建于1966年,现有研究技术人员近300人,其中近1/2的人员从事宇宙化学的研究,主要包括以下几部份:矿物学(A. E1. Goresy),侧重对陨石、月岩矿物进行电子探针、扫描电镜、质子探针成分分析,并开展对天然矿物中超重元素的探索。化学(O. Muller,已病故),对陨石和月岩的成分进行同位素稀释质谱分析、X萤光分析及中子活化分析,研究地球外样品的化学成分与成因。质谱(T. Kirsten),研究陨石、月岩和火箭卫星高空取样的稀有气体同位素、宇宙成因同位素,探讨陨石和月岩的演化历史。宇宙尘埃(H. Fechtig),利用卫星的尘埃探测器探索宇宙尘埃的轨道参数与分布,测定其化学成分与结构。裂变径迹与热发光(G. A. Wagener),测定陨石、月岩与地球矿物的径迹年龄,研究山脉的上升历史与速度,探讨玻璃陨石的成因,研究陨石降落时的温度梯度和考古样品的年龄。

      化学研究所,1911年成立于柏林,1949年迁往美因兹。化学研究所主要从事宇宙化学和地球化学的研究。化学所由以下四部分组成:宇宙化学(H. Winke),对各种地球外物质进行物理、化学和矿物学的综合研究,通过X射线萤光分析、双聚焦火花源质谱分析、电子探针分析、快中子与堆中子活化分析,测定地球外物质的化学成分,以探讨地球和太阳系的化学演化规律。同位素宇宙化学(F. Begemann. K. Heinzingee, vo-shage, stegmann:等),通过质谱分析研究月岩、陨石、宇宙尘埃及部分地球样品的稀有气体同位素组成,某些稳定同位素如K、Mg、Nd、Sm、Pb、O、C等的组成与变异、宇宙成因核素及太阳风粒子。大气化学(R. Jaenicke, J. Hahu),通过研究大气及其沉降物的粒度、结构、成分、CO、CO2、CH4、H2、NO、Hg和其他碳氢化合物,探讨大气层的起源演化史及其微粒物质的迁移、运动规律。将要建立地球化学方面的研究机构,目前仅开展了地幔岩、蛇绿岩的地球化学研究。

     西德约有50所大学,其中20多所设有地学学院(Facully),地学院下设若干系(Department)。如海德堡大学地学院下设5个系:地质系(构造、古生物、经济地质、应用地质)、矿物系(晶体生长、结晶学、实验矿物学)、地质年代学系(K-Ar、pb-pb、Ar39-Ar40等)、地理系(自然地理、人文地理、经济地理)及沉积学系。一般每个大学均有近百个研究所,每个研究所的规模约20—30人。研究所的主要业务、技术负责人一般在大学任教,而高年级学生的某些实验课可利用研究所的设备进行,使科研、教学互相补充、促进提高。

      西德马普学会的研究所与大学中的研究所所承担的任务各有侧重,因而技术发展的道路也各不相同。马普学会的研究所主要承担与宇宙化学有关的基础理论课题,着眼于人类对太阳系及宇宙发展规律的认识;而各大学则侧重于矿物、岩石,地球化学的应用基础理论研究。在同位素地球化学领域,马普的核物理所与化学所侧重于难度较大的稀有气体同位素和宇宙成因同位素,少量稳定同位素的研究,不从事同位素年代学的研究;而各大学则发展各种氧、碳、硫稳定同位素地球化学,并建立各种同位素年龄测定技术。在微量元素测试分析方面,马普学会的两个所侧重发展微区矿物成分及微量岩石的成分分析,如质子探针、电子探针、气体离子探针、中子活化分析等;而大学研究所侧重于主要及微量元素分析。在矿物学研究方面,核物理所与化学所着重矿物微区成分、同位素组成变异与微结构的分析;而各大学进行一般矿物成分、结构及实验矿物学研究。西德大学的研究所进行了广泛而深入的岩石学研究及地球化学研究,如花岗岩微量元素的分布,稀土元素的模式与花岗岩的成因探讨,岛弧地区玄武岩、变质岩的研究,世界重点地区蛇绿岩的系统研究和深海钻探岩芯的研究。由于西德本土的地质研究程度较高,所以近年来他们把的重点放在解剖世界上典型的层控矿床,开展遥感地质-地理制图学及古代艺术品保护的应用地质学研究上。西德矿物、岩石、地球化学的研究很注意抓具有带动性的研究课题。如:陨石、月岩的研究,一方面深化人类对元素起源、太阳系成因和行星发展史的认识,另一方面也带动了各种微区微量的矿物、元素和同位素分析测试技术的发展。他们重点解剖世界各地具有典型特征的玄武岩、蛇绿岩、花岗岩、层控Hg、Sb矿床等。大力发展稀有气体氧、碳、稀土稳定同位素研究及Nd-Sm、Ar39-Ar40、Rb-Sr等年代学测定方法。

      西德矿物、岩石、地球化学的研究机构一般都具有各自特色与传统。一个研究所的特色决定于学科带头人的学识与研究领域。西德的研究所,除各学科的带头人比较固定在研究所工作外,其他人员流动性较大,国外的客座技术人员约占全所的三分之一。

(二)西德有关矿物、岩石、地球化学实验室的概况

我们参观了海德堡、美因兹、卡尔斯鲁厄、慕尼黑和波鸿等城市有关矿物、岩石、地球化学研究机构的60多个实验室。

1.在矿物成分与结构的研究方面,电子探针、扫描电镜、X光单晶分析、粉晶分析、衍射分析、阴极发光挑选矿物等技术应用较普遍;70年代发展起来的质子探针,也开展了多方面的工作。质子探针是目前世界上进行矿物颗粒非破坏性成分分析的新兴技术,它是利用加速器产生的高能质子束,经过聚焦,轰击到样品表面,测定样品中各种原子产生的X射线,可定量地确定样品中各种元素的含量。马普学会核物理所从串级加速器引出的质子束流,引入七条管道进行各种核物理和宇宙化学的研究(图1,照片1)。质子束流的能量可调0.5Mev-7 Mev,束流的聚焦面积为2×2μm²(一般加速器产生的质子束聚焦面积≈1mm2,通径小、能量单色性差,使分析的精度与灵敏度降低)。质子探针可测定原子序数大于12的(Mg)全部元素,达10T-5—10-7/g。质子束流引出后,轰击事先用光学显微镜调试好的、置于中心部位的待分析矿物,矿物中各种元素产生的特征X射线,用Ge-li探测器接受,再输入8100道分析器,并由电子计算机给出各种元素的含量。质子探针已应用于研究地球、月球和陨石矿物颗粒、微细包体的微量与主量元素。研究矿物通用的电子探针,为了更适应工作的需要,进行了不同程度的改进。核物理所的ARL-扫描电镜的探针,大约2.5分钟即可测定矿物中14种主要元素的含量,0.5分钟由计算机作计算、校正并给出数据。化学所的探针附加一显示器,可直观地观察出Xα及Xβ表征的各种元素的含量。核物理所用了5年的时间收集积累了上千种不同成分的氧化物、金属、稀土和铂族元素矿物,各种端元组分组成的矿物,因而使仪器能对各种矿物进行定量的元素分析。

2.在同位素与年代学研究方面,主要设备为质谱仪、气体离子探针、γ射线谱仪、裂变径迹方法与热发光仪。质谱仪是分析同位素的主要设备,化学研究所的20多台质谱仪和核物理所的近10台质谱仪,都在开展陨石与月岩的稀有气体同位素研究。为了避免玻璃管道的脆裂和稀有气体自空气中扩散到系统中来,熔样、纯化和析出系统均采用金属管道,用铜或银焊接。由于稀有气体Kr和Xe的浓度极低,要求真空达10-12—10-14,因此)对MS-602、MS-1200、CH5等质谱仪进行改装,以适应工作的需要。

       气体离子探针,是1977年由核物理所自行设计的,用以测定矿物颗粒内不同部位稀有气体及其同位素组成。利用通量为2×10-4A/cm2的20Kev的Xe离子束流,转换成10Kev的离子束轰击样品表面,并逐渐向颗粒内部蚀刻,轰击出矿物不同深度(1一2μ)的稀有气体,用质谱仪测定稀有气体及其同位素组成。气体离子探针是研究陨石、月岩中的太阳风粒子、宇宙成因稀有气体的重要设备。

3.在微量元素测定方面,已广泛应用原子吸收光谱仪、激光光谱仪、X萤光光谱仪、双聚焦火花源质谱仪,快中子活化分析、仪器中子活化分析和γ源激发X射线分析对样品进行多种微量元素的定量分析。MS702R双聚焦火花源质谱仪可定量测定70多种元素,误差<1%。关于中子活化分析,主要趋势是发展高效率的非破坏性仪器中子活化分析,并同时用Ge—li和Ge探测器(不需冷冻)进行测定并进行校正。

4.关于实验矿物学,波鸿大学的实验室很有代表性。实验炉一般有22个或44个水平炉,由内加热装置压力机控制实验压力(1-7Kb),温度为<500℃-1200℃。高压实验装置温度为1200℃,压力为5Kb和10Kb压力为30-70Kb,温度为1200℃。该实验室对实验产物能及时进行成分和结构分析。

      此外,我们还参观了遥感技术应用、大气化学、应用地质、岩石物理性质测定、中子发生器、串级质子加速器等实验室。

      通过参观、访问与考察实验室,我们了解了西德有关矿物、岩石、地球化学的实验室在西欧确具有领先的水平。质子探针、电子探针、气体离子探针和稀有气体质谱分析技术等在世界上都名列前茅。通过考察可以看出西德实验室的一些特点:

1.根据研究工作的实际需要,自行设计或改装现有设备,使之提高效率。如,全部采用金属管道的稀有气体质谱分析;为了测定铁陨石中ppb级的钾元素,自行设计电子轰击铁陨石及钾的收集装置,用质谱分析钾含量;用计算机分析火花源质谱谱图,快速测定70种元素;中子发生器的小型化研制,以加速快中子活化分析的推广应用;自动调节的X射线衍射仪;不加砝码并自动读数的电子天平等。

2.各研究所的实验室具有鲜明的特色并重点配套。如,化学所的稀有气体质谱分析,既有测定各种稀有气体的通用质谱仪,也有分别测定He、Ne、Ar、kr、xe的专用质谱仪。化学所对陨石和月岩的主要元素与微量元素的分析,设备与方法齐全,也便于互相校正、补充。核物理所的矿物微区成分分析,配有高精度电子探针、质子探针、气体离子探针及同位素稀释质谱分析。波鸿大学的高温高压实验矿物学、岩石学及产物的分析、鉴定。

3.重视标准样的收集、积累,以提高分析测试水平。各实验室都收集有与工作直接有关的矿物、岩石、陨石标准样及同位素标准样。各实验室之间并与国外的著名实验室之间经常进行对比,以提高分析测试水平。

4.在西德有两种发挥计算机作用的方式。核物理所全所的大型实验设备都与该所的大型电子计算机相连,分析过程、数据处理与制图均由大型计算机控制。研究人员可以在任一终端取得实验结果。但化学所不采用由一台大型计算机控制全所主要设备的方式,因为大型计算机造价高,一旦运转不正常将严重影响全所的各项研究工作。化学所的每台大型设备都附有一台控制与数据处理的小型计算机,一是造价低廉(每台计算机为15000马克,相当于一台质谱仪价格的5%),二是工作简便,三是一旦计算机发生故障,立即换一台计算机连续工作,不会因修理计算机而使工作停顿。

百度百科人物介绍:

涂光炽院士,生于1920年,卒于2007年,享年87岁。湖北黄陂人,1937年毕业于天津南开中学,1938年参加革命工作,1944年毕业于昆明西南联合大学地质地理气象学系;1949年在美国明尼苏达大学获博士学位,1966年起一直任中国科学院地球化学研究所研究员、副所长、所长、名誉所长;1980年当选为中国科学院学部委员(院士);1993年当选为第三世界科学院院士。

欧阳自远,生于1935.10.9 ,现为中国科学院地球化学研究所研究员。著名的天体化学与地球化学家,是中国月球探测工程首席科学家,被誉为“嫦娥之父”,中国科学院院士、第三世界科学院院士,国际宇航科学院院士、中国科学家协会荣誉会长,北京师范大学-香港浸会大学联合国际学院(简称UIC)荣誉院士。

欧阳自远1956年毕业于北京地质学院(现中国地质大学),1960年中国科学院地质研究所矿床学研究生毕业,先后任中国科学院地球化学研究所助理研究员、副研究员、研究员、副所长,中国科学院资源环境科学局局长、贵州省人大常委会副主任、党组成员、贵州省科学技术协会主席等职。

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