搜狐科技《思想大爆炸——对话科学家》栏目第153期，对话南京大学地球科学与工程学院教授张爱铖。
嘉宾简介：
张爱铖，教授，博士生导师，长期从事行星物质矿物学与地球化学研究。目前主要研究兴趣包括天体撞击的热效应与矿物行为、太阳星云中物质的形成机制及时空演化、月球与小行星演化历史中的重要地质过程等。2011-2013年日本学术振兴会（JSPS）特别研究员，2017年获得江苏省杰出青年基金资助，2020年获得国家杰出青年基金项目资助。
火星车只是在鹅卵石里发现了极小的刚玉颗粒，并没有看到透明度高、够大，可以做珠宝的真正宝石级矿物。
“存在刚玉”只是一种可能性，并非确定结论。如果想要确认是红宝石，必须先确认刚玉颗粒存在并证明其中铬含量较高。
刚玉用途广泛，既可制成宝石佩戴，也可用于挖掘研磨、催化、耐高温防护、激光器及半导体基底等。
出品｜搜狐科技
作者｜周锦童
编辑｜杨 锦
在遥远的火星，一辆探测车从砾石堆里发现了一颗“红宝石”，我们或许会联想到《星际穿越》般的浪漫场景，或是马斯克殖民计划中第一批“外星珠宝”的商业蓝图。
就在近日，有报道称美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家利用“毅力号”，首次在火星鹅卵石中发现了宝石级矿物——刚玉，其成分与地球红宝石、蓝宝石似乎无异。
在媒体狂欢和网友们兴奋的同时，搜狐科技也对话了南京大学地球科学与工程学院的张爱铖教授。然而，他没有表现出同样的惊喜，反而给出了不一样的答案。
“宝石”的说法过于夸张
刚玉是一种氧化物矿物，主要成分为氧化铝（Al2O3），红宝石和蓝宝石都是宝石级别的刚玉，所以它们的化学成分是一样的，都是氧化铝，而之所以会呈现出不同的颜色，就是因为内部所致色元素含量不同。
“当多种离子共存时，就像调色一样互相抑制，最终的颜色取决于哪种离子占主导。”张爱铖如是说。
如果刚玉颗粒中含三价铬（Cr）元素多，就会显示红色，也就是红宝石；如果含二价铁（Fe）元素和四价钛（Ti）元素多一些，则会呈现蓝色，非铬致色的其他刚玉统称为蓝宝石。
根据目前火星探测信息来说，只发现了三价的铬，缺少铁、钛的价态和含量信息，所以它可能是红宝石，也可能是蓝宝石。
“虽然美国的这项发现是很有趣的，不过我们通过摘要中的图片可以看到，实际上火星车只是在鹅卵石里发现了极小的刚玉颗粒，并没有看到透明度高、够大，可以做珠宝的真正宝石级矿物，媒体用‘宝石’这样酷炫的说法过于夸张了。”张爱铖如是说。
当然，上述这些都是在第一步就确定它是刚玉的情况下才会成立。但现在最重要的问题是，我们并不能100%确认发现了刚玉颗粒。
张爱铖解释道：“由于火星车探测到的岩石碎块仅1-2厘米左右，其中的刚玉颗粒更小，无法像地球样品一样进行切片观察包裹体或晶体形态。”
“不仅如此，研究只探测出铝元素的占比高，其他元素含量都还不确定，只能说有很大可能存在刚玉，但也存在着误判风险。”张爱铖如是说。
陨石撞击可能性大
研究主要运用了SuperCam的激光诱导击穿光谱（LIBS）和发光光谱两种技术。
对此，张爱铖解释称，LIBS主要用于测定岩石中的主要元素，比如铝、硅等，而发光光谱则用于检测像铬、锰和稀土等特定的微量元素。
首先激光会将目标物质气化，激发成等离子体，这时原子、离子会处于“激动”的高能态，当它们冷却回“冷静”的基态时又会释放特征光谱，不同元素的光谱不同，两种技术联用，以此就可以测定岩石中的主要元素和微量元素。
“这里存在两个问题，一是火星表面大气稀薄，远距离可能会测量不准，二是研究并未直接观测到刚玉颗粒，只是发现了一块铝含量较高的浅色岩石，成分可能与粘土相似，粘土类似蒙脱石散，而且岩石中也可能含有长石，除了铝还有硅、钙、钠等成分。”张爱铖如是说。
因此，“存在刚玉”只是一种潜在的可能性，并非确定结论，如果想要确认是红宝石，必须先100%确认刚玉颗粒存在并证明其中铬含量较高才行，但目前来看高铝也可能来自长石等其他矿物。
谈及宝石的形成原因时，张爱铖表示：“在地球上，红宝石、蓝宝石的形成并不只有‘构造活动’这一种方式，而是有多种成因，但核心条件都是形成的地方铝含量高、硅含量低，因为硅少的时候铝才能独立形成刚玉，否则铝会与硅形成长石等硅酸盐矿物。”
具体形成环境比如火山喷发，就可以带出宝石级的刚玉；再比如矽卡岩作用，碳酸盐岩浆与硅酸盐岩浆混合降低了硅的比例，铝含量高就会形成刚玉。当然温度较高，也有利于刚玉的产生。因此，刚玉的形成与构造活动并没有那么清晰的关系。
回到火星上的样品，火山活动成因是难以成立的，因为火星这块岩石的颜色很浅，而火山岩通常颜色较深；矽卡岩成因也没有找到相关的地质记录。而且由于样品是在撞击坑中发现的，张爱铖也认同陨石撞击形成刚玉的可能性很大。
“撞击产生的高温高压可能改变了原有的岩石，使铝富集并形成了刚玉，但目前也只是推测，不能完全确定具体的形成方式。”张爱铖如是说。
未来火星基地刚玉用途广泛
此外，张爱铖还分享了他们课题组的两项工作，揭示了刚玉两种截然不同的“出身”。
第一种是深部岩浆活动成因，就类似于地球上火山活动捕获红宝石或蓝宝石巨晶的过程，他们在灶神星上就发现了这种来自星球深部的刚玉，这种刚玉代表了深部岩浆活动的记录。
第二种就是撞击成因，小行星或陨石以极高的速度撞击星球表面，会产生巨大的能量，让撞击区域的岩石瞬间熔化，这种极端的高温高压环境，也能创造出新的矿物。他们团队就曾在灶神星上撞击熔融区域发现了刚玉。
不仅如此，更神奇的发现来自月球，5年前张爱铖团队就曾在月球陨石中发现了一种形态绝美的刚玉，看起来就像一朵盛开的“花”，因此张爱铖还给它取了一个浪漫的名字——“月球之花”。
张爱铖也解释了这种“花”的成因：“月球表面覆盖着一种富含铝元素的岩石——斜长石，当陨石猛烈撞击月球表面时，巨大的冲击力使局部岩石升温到极高温度，使得长石发生熔化和重新结晶，最终形成了这种花朵形状的刚玉集合体。”
所以，如果火星上发现的刚玉是深部岩浆活动的产物，那么它就能帮助科学家理解火星内部的热演化历史，这说明火星内部曾经有过富铝的岩浆活动，且热活动比想象中更复杂。但如果刚玉是撞击成因，那就与火星内部演化无关了，只是一个外来事件的记录。
那么，我们能直接用地球的模型去理解火星吗？
对此，张爱铖表示：“地球、火星、月球都属于类地行星，可以相互类比，但不能直接照搬。因为火星半径只有地球的一半左右，内部压强小很多，物质在低压下的行为与地球深处高压环境下有很大差异。通常我们是用研究更充分的地球模型去帮助理解火星，反过来就很难。”
在张爱铖看来，目前火星探测最受关注的目标就是寻找生命，主要有两条路径：一是直接寻找生命本身，二是间接寻找生命存在的环境线索，比如液态水或与水成因相关的矿物。
如果能找到形成于液态水环境下的矿物，就可以推断火星曾经或现在具备宜居条件，从而间接建立矿物与生命之间的联系。至于这次发现的刚玉，张爱铖称它与生命关系不大。但其他某些矿物，比如含水矿物如果被发现，就可能具有重要意义。
“找到某个矿物并不能直接证明生命存在，但可以作为一个值得探索的线索，科学家们正是通过寻找这些潜在的联系，逐步逼近火星生命之谜的答案。”张爱铖如是说。
谈到这，一定有很多网友好奇，如果有一天我们真的在火星上建立了基地，能用刚玉做点什么呢？
对此，张爱铖表示：“用途有很多，比如做成宝石我们就可以佩戴；刚玉的硬度仅次于金刚石，可以用来挖掘、研磨和抛光；还可以做催化剂；而且它还耐高温、透明度好，可以用于激光器或作为防护材料；还能作为半导体基底等等。”
运营编辑 |曹倩审核｜孟莎莎
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