火星發現紅寶石了？對話南大張愛鋮：說法夸張，剛玉身份還存在疑問

搜狐科技《思想大爆炸——對話科學家》欄目第153期，對話南京大學地球科學與工程學院教授張愛鋮。

嘉賓簡介：

張愛鋮，教授，博士生導師，長期從事行星物質礦物學與地球化學研究。目前主要研究興趣包括天體撞擊的熱效應與礦物行為、太陽星云中物質的形成機制及時空演化、月球與小行星演化歷史中的重要地質過程等。2011-2013年日本學術振興會（JSPS）特別研究員，2017年獲得江蘇省杰出青年基金資助，2020年獲得國家杰出青年基金項目資助。

• 火星車只是在鵝卵石里發現了極小的剛玉顆粒，并沒有看到透明度高、夠大，可以做珠寶的真正寶石級礦物。

• “存在剛玉”只是一種可能性，并非確定結論。如果想要確認是紅寶石，必須先確認剛玉顆粒存在并證明其中鉻含量較高。

• 剛玉用途廣泛，既可制成寶石佩戴，也可用于挖掘研磨、催化、耐高溫防護、激光器及半導體基底等。

出品｜搜狐科技

作者｜周錦童

編輯｜楊 錦

在遙遠的火星，一輛探測車從礫石堆里發現了一顆“紅寶石”，我們或許會聯想到《星際穿越》般的浪漫場景，或是馬斯克殖民計劃中第一批“外星珠寶”的商業藍圖。

就在近日，有報道稱美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室的科學家利用“毅力號”，首次在火星鵝卵石中發現了寶石級礦物——剛玉，其成分與地球紅寶石、藍寶石似乎無異。

在媒體狂歡和網友們興奮的同時，搜狐科技也對話了南京大學地球科學與工程學院的張愛鋮教授。然而，他沒有表現出同樣的驚喜，反而給出了不一樣的答案。

“寶石”的說法過于夸張

剛玉是一種氧化物礦物，主要成分為氧化鋁（Al2O3），紅寶石和藍寶石都是寶石級別的剛玉，所以它們的化學成分是一樣的，都是氧化鋁，而之所以會呈現出不同的顏色，就是因為內部所致色元素含量不同。

“當多種離子共存時，就像調色一樣互相抑制，最終的顏色取決于哪種離子占主導。”張愛鋮如是說。

如果剛玉顆粒中含三價鉻（Cr）元素多，就會顯示紅色，也就是紅寶石；如果含二價鐵（Fe）元素和四價鈦（Ti）元素多一些，則會呈現藍色，非鉻致色的其他剛玉統稱為藍寶石。

根據目前火星探測信息來說，只發現了三價的鉻，缺少鐵、鈦的價態和含量信息，所以它可能是紅寶石，也可能是藍寶石。

“雖然美國的這項發現是很有趣的，不過我們通過摘要中的圖片可以看到，實際上火星車只是在鵝卵石里發現了極小的剛玉顆粒，并沒有看到透明度高、夠大，可以做珠寶的真正寶石級礦物，媒體用‘寶石’這樣酷炫的說法過于夸張了。”張愛鋮如是說。

當然，上述這些都是在第一步就確定它是剛玉的情況下才會成立。但現在最重要的問題是，我們并不能100%確認發現了剛玉顆粒。

張愛鋮解釋道：“由于火星車探測到的巖石碎塊僅1-2厘米左右，其中的剛玉顆粒更小，無法像地球樣品一樣進行切片觀察包裹體或晶體形態。”

“不僅如此，研究只探測出鋁元素的占比高，其他元素含量都還不確定，只能說有很大可能存在剛玉，但也存在著誤判風險。”張愛鋮如是說。

隕石撞擊可能性大

研究主要運用了SuperCam的激光誘導擊穿光譜（LIBS）和發光光譜兩種技術。

對此，張愛鋮解釋稱，LIBS主要用于測定巖石中的主要元素，比如鋁、硅等，而發光光譜則用于檢測像鉻、錳和稀土等特定的微量元素。

首先激光會將目標物質氣化，激發成等離子體，這時原子、離子會處于“激動”的高能態，當它們冷卻回“冷靜”的基態時又會釋放特征光譜，不同元素的光譜不同，兩種技術聯用，以此就可以測定巖石中的主要元素和微量元素。

“這里存在兩個問題，一是火星表面大氣稀薄，遠距離可能會測量不準，二是研究并未直接觀測到剛玉顆粒，只是發現了一塊鋁含量較高的淺色巖石，成分可能與粘土相似，粘土類似蒙脫石散，而且巖石中也可能含有長石，除了鋁還有硅、鈣、鈉等成分。”張愛鋮如是說。

因此，“存在剛玉”只是一種潛在的可能性，并非確定結論，如果想要確認是紅寶石，必須先100%確認剛玉顆粒存在并證明其中鉻含量較高才行，但目前來看高鋁也可能來自長石等其他礦物。

談及寶石的形成原因時，張愛鋮表示：“在地球上，紅寶石、藍寶石的形成并不只有‘構造活動’這一種方式，而是有多種成因，但核心條件都是形成的地方鋁含量高、硅含量低，因為硅少的時候鋁才能獨立形成剛玉，否則鋁會與硅形成長石等硅酸鹽礦物。”

具體形成環境比如火山噴發，就可以帶出寶石級的剛玉；再比如矽卡巖作用，碳酸鹽巖漿與硅酸鹽巖漿混合降低了硅的比例，鋁含量高就會形成剛玉。當然溫度較高，也有利于剛玉的產生。因此，剛玉的形成與構造活動并沒有那么清晰的關系。

回到火星上的樣品，火山活動成因是難以成立的，因為火星這塊巖石的顏色很淺，而火山巖通常顏色較深；矽卡巖成因也沒有找到相關的地質記錄。而且由于樣品是在撞擊坑中發現的，張愛鋮也認同隕石撞擊形成剛玉的可能性很大。

“撞擊產生的高溫高壓可能改變了原有的巖石，使鋁富集并形成了剛玉，但目前也只是推測，不能完全確定具體的形成方式。”張愛鋮如是說。

未來火星基地剛玉用途廣泛

此外，張愛鋮還分享了他們課題組的兩項工作，揭示了剛玉兩種截然不同的“出身”。

第一種是深部巖漿活動成因，就類似于地球上火山活動捕獲紅寶石或藍寶石巨晶的過程，他們在灶神星上就發現了這種來自星球深部的剛玉，這種剛玉代表了深部巖漿活動的記錄。

第二種就是撞擊成因，小行星或隕石以極高的速度撞擊星球表面，會產生巨大的能量，讓撞擊區域的巖石瞬間熔化，這種極端的高溫高壓環境，也能創造出新的礦物。他們團隊就曾在灶神星上撞擊熔融區域發現了剛玉。

不僅如此，更神奇的發現來自月球，5年前張愛鋮團隊就曾在月球隕石中發現了一種形態絕美的剛玉，看起來就像一朵盛開的“花”，因此張愛鋮還給它取了一個浪漫的名字——“月球之花”。

張愛鋮也解釋了這種“花”的成因：“月球表面覆蓋著一種富含鋁元素的巖石——斜長石，當隕石猛烈撞擊月球表面時，巨大的沖擊力使局部巖石升溫到極高溫度，使得長石發生熔化和重新結晶，最終形成了這種花朵形狀的剛玉集合體。”

所以，如果火星上發現的剛玉是深部巖漿活動的產物，那么它就能幫助科學家理解火星內部的熱演化歷史，這說明火星內部曾經有過富鋁的巖漿活動，且熱活動比想象中更復雜。但如果剛玉是撞擊成因，那就與火星內部演化無關了，只是一個外來事件的記錄。

那么，我們能直接用地球的模型去理解火星嗎？

對此，張愛鋮表示：“地球、火星、月球都屬于類地行星，可以相互類比，但不能直接照搬。因為火星半徑只有地球的一半左右，內部壓強小很多，物質在低壓下的行為與地球深處高壓環境下有很大差異。通常我們是用研究更充分的地球模型去幫助理解火星，反過來就很難。”

在張愛鋮看來，目前火星探測最受關注的目標就是尋找生命，主要有兩條路徑：一是直接尋找生命本身，二是間接尋找生命存在的環境線索，比如液態水或與水成因相關的礦物。

如果能找到形成于液態水環境下的礦物，就可以推斷火星曾經或現在具備宜居條件，從而間接建立礦物與生命之間的聯系。至于這次發現的剛玉，張愛鋮稱它與生命關系不大。但其他某些礦物，比如含水礦物如果被發現，就可能具有重要意義。

“找到某個礦物并不能直接證明生命存在，但可以作為一個值得探索的線索，科學家們正是通過尋找這些潛在的聯系，逐步逼近火星生命之謎的答案。”張愛鋮如是說。

談到這，一定有很多網友好奇，如果有一天我們真的在火星上建立了基地，能用剛玉做點什么呢？

對此，張愛鋮表示：“用途有很多，比如做成寶石我們就可以佩戴；剛玉的硬度僅次于金剛石，可以用來挖掘、研磨和拋光；還可以做催化劑；而且它還耐高溫、透明度好，可以用于激光器或作為防護材料；還能作為半導體基底等等。”

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