地質地球所利用納米離子探針分析火星隕石中的有機碳

　　火星是除地球之外，最有可能存在或曾經存在生命的星球。火星表面的地形地貌特征、水蝕變礦物的存在、硫酸鹽等蒸發鹽類的發現等大量證據表明，其表面曾經有過水體，甚至有過海洋，具備孕育生命的基本要素。2004年火星快車軌道探測器在火星大氣探測到30 ppb甲烷，激發了新一輪的火星探測高潮。耗資20億美元的“好奇號”火星車，其科學目標就是為了揭示火星的古環境和氣候，最終尋找火星是否存在生命的痕跡。探索火星的另一重要途徑是火星隕石研究。到目前為止，收集并確認的火星隕石已達120多塊。2011年7月降落在摩洛哥沙漠里的Tissint隕石，是第5塊降落型火星隕石，更是迄今為止最新鮮的火星隕石樣品，為研究火星古環境乃至探索可能存在的火星生命痕跡等提供了極好的機會。

　　中國科學院地質與地球物理研究所比較行星學學科組林楊挺研究員及其研究團隊，與中科院地球化學研究所、廣州地球化學研究所、國家天文臺以及德國拜羅伊特大學、瑞士洛桑聯邦理工學院、日本東北大學等研究機構合作，在Tissint火星隕石中發現了碳顆粒，并利用該所的納米離子探針等微區分析技術，獲得這些碳顆粒的激光拉曼光譜、高分辨元素分布圖像以及H、C、N等同位素組成。激光拉曼光譜和納米離子探針元素分析表明，這些碳顆粒是干酪根型的有機碳，與煤相似。他們排除了可能的地球污染，確證這些有機碳來自火星，其主要證據有：（1）這些有機碳的H同位素富氘（δD = +1183 ‰），完全不同于地球有機物；（2）一部分碳顆粒包裹在小行星撞擊產生的熔脈中，證明其形成遠早于降落地球之前；（3）包裹在熔脈中的碳顆粒部分相轉變為金剛石，表明經歷了高壓高溫事件，不可能是摩洛哥沙漠的污染；（4）Tissint隕石非常鮮新，難以通過污染的方式，在隕石內部充填這些不可溶的干酪根物質。納米離子探針的分析還表明，這些有機質的N同位素組成無明顯的異常，但C貧重同位素13C，其δ13C = -12.8 ‰至-33.1 ‰，與火星大氣（δ13C = -2.5～+46 ‰）相比，具有顯著富輕同位素的特征。這一結果暗示，該有機質可能與生命過程相關。

　　綜合已有的實驗數據，可以描繪出以下的歷史：（1）Tissint隕石的源區巖石在約6億年前由火星幔部分熔融的巖漿上侵至火星近地表形成；（2）在第一次小行星撞擊事件中，產生沖擊變質并形成大量裂隙；（3）富有機質地下水的滲濾，在這些裂隙中沉淀形成了有機碳細脈；（4）第二次的小行星撞擊，使巖石產生部分熔融，并將一部分有機碳包裹在這些熔脈中；（5）最后的一次撞擊事件，將該隕石拋射出來，最終降落在地球。

　　該研究成果作為封面文章已發表于2014年12月出版的國際刊物Meteoritics & Planetary Science（Lin et al. NanoSIMS analysis of organic carbon from the Tissint Martian meteorite: Evidence for the past existence of subsurface organic-bearing fluids on Mars. Meteoritics & Planetary Science, 2014, 49(12): 2201-2218）。