TOP 科學(xué)雜志報道：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，隸屬于美國史密森尼學(xué)會，該學(xué)會 1846 年成立。《史密森尼（Smithsonian）》雜志是美國華盛頓特區(qū)的史密森學(xué)會發(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，他跨越國界與美國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)小時查看現(xiàn)場的照片和視頻，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，也提供了一個難得的機(jī)會，使科學(xué)家有機(jī)會深入探究未經(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，六個月后回到實驗室時，這些亞穩(wěn)態(tài)的礦物已經(jīng)因為溫度的降低分解消失，錯失了詳細(xì)研究的機(jī)會。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)隊需要掌握洞穴形成的具體位置，以及哪些通道較為簡單安全。在國家地理學(xué)會的資助下，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"——這些點極有可能是新形成的洞穴入口。研究團(tuán)隊在該區(qū)域放置一架搭載熱成像攝像機(jī)的無人機(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)掃描儀的無人機(jī)，對熔巖管網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行精細(xì)的三維繪圖

鑒于一些礦物會隨著時間改變或消失，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，研究人員依靠這臺飛納臺式掃描電鏡進(jìn)行礦物分析，這對火山口生態(tài)系統(tǒng)和生命起源的研究具有重要的價值。

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比，簡直令人難以置信。"

研究人員穿過一條 1000 英尺長的熔巖管

（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）?！斑@是我見過的最為震撼的景象之一，"他感慨道。

索羅團(tuán)隊的研究主要集中在兩個領(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地球生命發(fā)展過程的認(rèn)知更加完善，而且對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機(jī)物質(zhì)（如硫、鐵和銅）來獲取能量。

在考察現(xiàn)場，Phenom XL 飛納臺式掃描電鏡對于快速識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?！拔覀儼l(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內(nèi)識別出礦物，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)部觀察一個已經(jīng)坍塌的熔巖管

美國宇航局艾姆斯研究中心 NASA 天體生物學(xué)研究所所長佩內(nèi)洛普·博斯頓博士將熔巖管形容為“太陽系其他天體可能存在現(xiàn)象的縮影"?；鹕交顒硬⒉粌H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。這表明，太陽系外的行星和衛(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值。

01洞穴內(nèi)一個已經(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，索羅對冰島其他火山的動態(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。"這些神秘莫測的洞穴，或許將成為他下一次探險的目的地。