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您的位置：網(wǎng)站首頁(yè) > 技術(shù)文章 > TOP 科學(xué)雜志報(bào)道：與飛納電鏡一起探索地球最年輕洞穴的炙熱深處 
《史密森尼（Smithsonian）》雜志，隸屬于美國(guó)史密森尼學(xué)會(huì)，該學(xué)會(huì) 1846 年成立。《史密森尼（Smithsonian）》雜志是美國(guó)華盛頓特區(qū)的史密森學(xué)會(huì)發(fā)行刊物，于 1970 年出版第一期雜志。
索羅，一位專注洞穴研究的洞穴學(xué)家，他跨越國(guó)界與美國(guó)宇航局和歐洲航天局?jǐn)y手合作，致力于宇航員的行星探索訓(xùn)練工作。他每天花數(shù)小時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)的照片和視頻，這些豐富的信息，不僅讓研究人員得以追蹤洞穴的形成過程與具體位置，也提供了一個(gè)難得的機(jī)會(huì)，使科學(xué)家有機(jī)會(huì)深入探究未經(jīng)生命物質(zhì)觸碰的洞穴深處：在細(xì)節(jié)層面，觀察冷卻過程、礦物生成以及這些環(huán)境中早期微生物群落的誕生。
穿著冶金用“冷卻服"的洞穴學(xué)家
1994 年，洞穴學(xué)家研究了意大利埃特納火山噴發(fā)后形成的熔巖管。研究人員在火山噴發(fā)停止近一年后進(jìn)入熔巖管，發(fā)現(xiàn)里面盡管余溫高達(dá) 158℃，卻存在著罕見的晶體與礦物。然而，六個(gè)月后回到實(shí)驗(yàn)室時(shí)，這些亞穩(wěn)態(tài)的礦物已經(jīng)因?yàn)闇囟鹊慕档头纸庀Вe(cuò)失了詳細(xì)研究的機(jī)會(huì)。這次經(jīng)歷深刻體現(xiàn)了在惡劣環(huán)境中進(jìn)行快速樣本采集并及時(shí)表征的重要性。
為了準(zhǔn)備進(jìn)入冰島的新洞穴，索羅及其團(tuán)隊(duì)需要掌握洞穴形成的具體位置，以及哪些通道較為簡(jiǎn)單安全。在國(guó)家地理學(xué)會(huì)的資助下，于 2021 年 9 月，即在火山停止噴發(fā)大約一周后，索羅團(tuán)隊(duì)接近這座火山。他們運(yùn)用精心繪制的地圖，成功確定了地表的“天窗點(diǎn)"——這些點(diǎn)極有可能是新形成的洞穴入口。研究團(tuán)隊(duì)在該區(qū)域放置一架搭載熱成像攝像機(jī)的無(wú)人機(jī)，細(xì)致地記錄下火山不同區(qū)域的溫度數(shù)據(jù)。
1.研究人員操作一架配備有激光雷達(dá)掃描儀的無(wú)人機(jī)，對(duì)熔巖管網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行精細(xì)的三維繪圖
鑒于一些礦物會(huì)隨著時(shí)間改變或消失，這一次在冰島法格拉達(dá)爾火山，為了避免出現(xiàn)類似情況，研究人員攜帶飛納臺(tái)式掃描電鏡大樣品室版 Phenom XL G2，將其安置在火山旁邊的帳篷內(nèi)，使用發(fā)電機(jī)以維持掃描電鏡正常運(yùn)行。
“環(huán)境條件非常惡劣，記得有一次突如其來的降雨，帳篷內(nèi)積流成河。我把電源設(shè)備放置在地板上，所幸水流繞過了它，"工作人員回憶道。
2.在火山旁，研究人員依靠這臺(tái)飛納臺(tái)式掃描電鏡進(jìn)行礦物分析，這對(duì)火山口生態(tài)系統(tǒng)和生命起源的研究具有重要的價(jià)值。
2022 年 5 月，通過熱成像攝像機(jī)傳回的數(shù)據(jù)顯示，里面的溫度仍然高達(dá) 900℃。索羅描述了他們所遇到的情景：“空氣仿佛在燃燒，一股熱浪撲面而來。而外面的風(fēng)卻寒冷刺骨，這種內(nèi)外溫差所形成的鮮明對(duì)比，簡(jiǎn)直令人難以置信。"
研究人員穿過一條 1000 英尺長(zhǎng)的熔巖管
（地球上最年輕的洞穴之一）
“空氣溫度在一米之內(nèi)就能從 100℃ 驟升至 200℃，"索羅描述道。索羅進(jìn)入的管道中，洞穴墻壁在發(fā)光，溫度接近 600℃（1100華氏度）。“這是我見過的最為震撼的景象之一，"他感慨道。
索羅團(tuán)隊(duì)的研究主要集中在兩個(gè)領(lǐng)域：首先，他們熱衷于探索洞穴內(nèi)所發(fā)現(xiàn)的礦物，尤其是那些在洞壁及其他巖石表面逐漸形成的礦物。其次，他們期待揭示這些環(huán)境何時(shí)成為微生物群落的領(lǐng)地，并鑒定出哪些微生物在此類環(huán)境中能夠繁衍生息。深入探究這些新生洞穴如何逐步孕育生命，不僅有助于科研人員對(duì)地球生命發(fā)展過程的認(rèn)知更加完善，而且對(duì)于科研人員在其他行星，如火星上尋找生命跡象的工作具有重要的指導(dǎo)意義。
研究人員發(fā)現(xiàn)，這些微生物通常能夠通過氧化無(wú)機(jī)物質(zhì)（如硫、鐵和銅）來獲取能量。
在考察現(xiàn)場(chǎng)，Phenom XL 飛納臺(tái)式掃描電鏡對(duì)于快速識(shí)別和分析礦物樣本起到了非常重要的作用：
研究人員在洞穴表面的裂隙與凹槽中發(fā)現(xiàn)了各種礦物。“我們發(fā)現(xiàn)了這種美麗的礦物，有白色的、綠色的、藍(lán)色的等等。"南佛羅里達(dá)大學(xué)的礦物學(xué)家博格丹·奧納克回憶道。研究人員用無(wú)菌刮刀刮下樣本，并將其放置在真空密封袋中。收集樣本后，索羅及其同事們便回到帳篷中，利用飛納臺(tái)式電鏡的圖像來確定樣本的化學(xué)構(gòu)成，他們通常能在半小時(shí)內(nèi)識(shí)別出礦物，大大地提高了樣本采集和分析的效率。
研究人員在飛納臺(tái)式掃描電鏡下發(fā)現(xiàn)幾種稀有礦物
追尋微生物的繁殖路徑，將幫助科學(xué)家在宇宙中尋找生命。索羅提問：“既然地球上一些特定的微生物能在熔巖管道中迅速繁衍，那么在火星上為何不能上演同樣的生命奇跡呢？"
從內(nèi)部觀察一個(gè)已經(jīng)坍塌的熔巖管
美國(guó)宇航局艾姆斯研究中心 NASA 天體生物學(xué)研究所所長(zhǎng)佩內(nèi)洛普·博斯頓博士將熔巖管形容為“太陽(yáng)系其他天體可能存在現(xiàn)象的縮影"。火山活動(dòng)并不僅限于地球和火星，即便是在木星的衛(wèi)星之一IO上，也能觀察到活躍的火山活動(dòng)。這表明，太陽(yáng)系外的行星和衛(wèi)星同樣可能存在火山以及熔巖管。因此，博斯頓博士認(rèn)為索羅正在研究的洞穴具有很高的參考價(jià)值。
01洞穴內(nèi)一個(gè)已經(jīng)凝固的小熔巖湖
02.繩狀熔巖（熔巖流表面構(gòu)造）
03.洞穴入口附近的墻壁細(xì)節(jié)
法格拉達(dá)爾火山的噴發(fā)雖然已經(jīng)平息，索羅對(duì)冰島其他火山的動(dòng)態(tài)依然保持著濃厚的興趣。今年 3 月，雷克雅內(nèi)斯半島上的 Hagafell 山，距離法格拉達(dá)爾僅幾英里之遙，突然開始了新的噴發(fā)。索羅望著那片火山噴發(fā)的壯麗景象，心中沉思：“新的熔巖管道正在形成。"這些神秘莫測(cè)的洞穴，或許將成為他下一次探險(xiǎn)的目的地。
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