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2022年9月9日，中秋佳節(jié)前夕，中國(guó)科學(xué)家宣布在月球樣品中發(fā)現(xiàn)新礦物——“嫦娥石”，并成功解譯其晶體結(jié)構(gòu)。
“嫦娥石”是一種磷酸鹽礦物，呈柱狀晶體，存在于月球玄武巖顆粒中，是科學(xué)家利用X射線衍射等一系列高新技術(shù)手段，在14萬(wàn)個(gè)月球樣品顆粒中分離出的一顆單晶顆粒，粒徑約10微米。我國(guó)因此成為世界上第3個(gè)發(fā)現(xiàn)月球新礦物的國(guó)家。該礦物也是人類在月球上發(fā)現(xiàn)的第6種新礦物。
在月球上發(fā)現(xiàn)新礦物很難，在地球上也不容易。盡管人類的足跡已經(jīng)遍布全球各地，但地球上究竟還有多少礦物未被發(fā)現(xiàn)，沒(méi)有人知道。
目前，由國(guó)際礦物學(xué)協(xié)會(huì)（IMA）匯編的礦物種類高達(dá)5829種。這些礦物主要發(fā)現(xiàn)于地殼淺部和地球表層。
在如此龐大的礦物種類中，礦物學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種有趣的分布。在全世界范圍內(nèi)，僅在1個(gè)地方發(fā)現(xiàn)的礦物有1200多種，在2個(gè)地方發(fā)現(xiàn)的礦物有600多種，在3個(gè)地方發(fā)現(xiàn)的礦物有近400種。更讓人吃驚的是，資料顯示，所有記錄在案的礦物中，發(fā)現(xiàn)于5個(gè)地方的礦物占一半以上。
在所有的礦物中，碳礦物的多樣性和分布尤其受到關(guān)注。這是因?yàn)樘疾粌H是地球生命最關(guān)鍵的元素，也為人類社會(huì)提供了大部分的能源。同時(shí)，大氣中的二氧化碳也影響著地球的氣候。因此，碳礦物的種類、賦存狀態(tài)等問(wèn)題也成為地質(zhì)學(xué)家所關(guān)心的課題。
2008年，國(guó)際深碳循環(huán)研討會(huì)提出：從2009年到2019年，建立一個(gè)為期10年的深部碳科學(xué)研究項(xiàng)目，即深碳觀測(cè)計(jì)劃（Deep Carbon Observatory，DCO）。該項(xiàng)目在實(shí)施過(guò)程中專門設(shè)置了“尋找所有未知碳礦物”課題，由美國(guó)亞利桑那大學(xué)的應(yīng)用數(shù)學(xué)講師蓋責(zé)·希斯塔德領(lǐng)導(dǎo)。
2015年，基于礦物的分布規(guī)律，希斯塔德借助大數(shù)據(jù)思維，利用當(dāng)時(shí)已發(fā)現(xiàn)的403種碳礦物（截至今天已發(fā)現(xiàn)的碳礦物為486種）的詳細(xì)研究資料，以及資料中記載的近8.3萬(wàn)種不同碳礦物性質(zhì)及其位置等數(shù)據(jù)，通過(guò)建立模型，對(duì)地球上所謂的“缺失的礦物”進(jìn)行了預(yù)測(cè)。
希斯塔德的模型顯示，至少還有1500種礦物有待發(fā)現(xiàn)，其中包括145種碳礦物、100多種硼礦物、30種鉻礦物和15種稀有元素鈷礦物。這些未知的碳礦物可能存在于地表或近地表地區(qū)，其中有近90%可能含有氧元素和氫元素，有數(shù)十種礦物可能含有鈣元素和鈉元素。深碳觀測(cè)計(jì)劃最終公布了碳礦物預(yù)測(cè)清單，給出了明確的未知碳礦物探索方向和內(nèi)容。
幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，礦物學(xué)一直是一門觀察性的科學(xué)，每一種新礦物都是在偶然間被發(fā)現(xiàn)的。例如，稀有的鈉鉀云母是研究人員在分析普通黑云母的過(guò)程中被偶然發(fā)現(xiàn)的。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)大數(shù)據(jù)建模，礦物學(xué)家現(xiàn)在可以很好地預(yù)測(cè)未知的礦物，以及這些稀有礦物的性質(zhì)和位置。
2016年，深碳天文臺(tái)（由參與深碳觀測(cè)計(jì)劃的科學(xué)家組建）基于希斯塔德的碳礦物預(yù)測(cè)清單發(fā)起了全球碳礦物發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)賽，來(lái)自世界各地的一大批礦物愛(ài)好者及礦物學(xué)專家加入其中。
在挑戰(zhàn)賽開(kāi)始的第一年里，就有九種新的含碳礦物獲得IMA批準(zhǔn)。阿貝拉石（Abellaite）是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的新礦物，它是一種含鈉和鉛元素的碳酸巖礦物，產(chǎn)自西班牙加泰羅尼亞，呈淡綠色，是噴霧狀的細(xì)小針狀體?？上驳氖?，阿貝拉石正是DCO公布的預(yù)測(cè)名單中的一種礦物。
碳礦物挑戰(zhàn)賽一直持續(xù)到2019年，在這期間有31種碳礦物被發(fā)現(xiàn)。
目前，自然界中絕大多數(shù)含碳礦物都是在地表或地殼淺部被發(fā)現(xiàn)的。其實(shí)，在地球深部還隱藏著大量的礦物學(xué)秘密。一些我們看不見(jiàn)摸不著的礦物，正藏身于地幔和地核之中，形成于極端的溫度和壓力條件下。期待未來(lái)有更多的碳礦物被發(fā)現(xiàn)！
（作者單位：中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所地球系統(tǒng)科學(xué)研究中心）
來(lái)源：中國(guó)自然資源報(bào)
責(zé)任編輯：胡惠雯
