如何得到洞庭湖深處的“氣候日記”，如何追溯華南地層里的“礦產密碼”——
在同位素超凈實驗室揭開地球的秘密
華聲在線全媒體記者 王銘俊 通訊員 曾巧
8月28日，長沙市城南中路，記者走進省地質院下屬單位省地質實驗測試中心。
一間特別的實驗室，能造出比純凈水還要“純”的溶液，有能稱出百萬分之一克重量的天平。
這是建成于2024年7月的同位素超凈實驗室。實驗室建成一年后，應用研究開啟。
此刻，兩項看似不相關的研究正在這里悄悄揭開地球的秘密：一項在解讀洞庭湖深處的“氣候日記”，一項在追溯華南地層里的“礦產密碼”。
而幫科研人員解鎖秘密的，是同一種神奇工具——同位素。
用同位素找到礦石的“時間坐標”
同位素是同一元素的不同原子形式。
“大家耳熟能詳，用來測文物‘年齡’的碳14就是同位素。”面對記者提問，實驗室博士呂串舉例。
碳是大家身邊常見的元素，但碳“這家人”很特別，家里有好幾個“兄弟”，如碳12、碳13、碳14。這三“兄弟”質子數一樣，但中子數不同，就像同個爸媽生的孩子，身高、體重略有差別，但它們都是碳的同位素。
那碳14為啥能當“文物時鐘”呢?
呂串介紹，這得從它的“脾氣”說起。只要生物活著，就會不斷“更新”體內的碳14，保持著和大氣中差不多的含量。可一旦生物死亡，這套“更新系統”就停了，體內的碳14慢慢“變少”。
比如一塊埋在地下的木頭，“活著”的時候和大氣里的碳14含量一樣;“死后”過了5730年，木頭里的碳14就歷經一個半衰期，只剩原來的一半;再過5730年，就只剩1/4……
“我們只要測木頭里還剩多少碳14，就能倒推出它是幾千年前死亡的。”呂串告訴記者，碳14也有“短板”——它的半衰期不算長，要是測的物品超過5萬年，剩下的碳14就少得幾乎測不出來。
不過，與實驗室科研人員打交道的多為上億年的礦石。他們亟須找到礦石的“時間坐標”，和周圍的地質事件串成線。
“比如我們測出一塊礦石形成于2億年前，便能結合當時的地質演化、構造活動，構建找礦模型。”呂串說，當這些線索湊在一起，就畫出了一張“地質藏寶圖”。
同位素還記著地質樣品的出生地
礦石的年齡怎么測?
實驗室臺面上，一塊剛從湘西土家族苗族自治州采回的礦石帶著泥土的潮氣。
它被精準切下一小塊，放進透明樹脂里。樹脂慢慢固結變硬，就成了一塊結實的巖石“三明治”——中間是巖片，外面裹著樹脂。
激光剝蝕系統的光束轟擊在“三明治”上。
“啪!”193納米的激光瞬間把這一點巖片打成了微米到納米級別的氣溶膠，順著細管“嗖嗖”地鉆進隔壁的質譜儀。鈾-238、鉛-206的同位素值，清晰地顯示在屏幕上。
“在我們看不到的地方，鈾正在慢慢變成鉛。”呂串解釋，“鈾性子倔，衰變速度從來不變。鈾-238經過44.7億年，就會有一半變成鉛-206。”儀器算得飛快，把巖片里鈾和鉛的含量一比，礦石的年齡就出來了——2億年。
同位素就像地球留下的“隱形筆記”，不僅記著物質形成于多少年前，有的還記著它來自某地。
后者便是同位素的“示蹤”功能。
推開實驗室超凈室的門，就闖進了同位素示蹤分析的“第一戰場”。野外采來的礦石被研磨成細粉，加入特殊酸試劑。
溶液里藏著不少搗亂的雜質，這時“王牌選手”離子交換樹脂柱登場。它像磁鐵吸鐵釘一樣，把特定元素牢牢抓在自己的“網”里。科研人員再換上不同的酸試劑當“向導”，使溶液里的雜質乖乖排好隊，一個接一個按順序“走”出來——最后接到的，就是非常純凈的單元素溶液了。
再慢慢蒸發掉多余的酸，省地質實驗測試中心博士孔婷得到了濃縮的鎂溶液。“你看這溶液，連一粒灰塵都別想混進來。”孔婷告訴記者，這確保了鎂同位素的“指紋”不被任何雜質污染。
撬出讓山野更豐饒、讓日子更明亮的答案
在超凈室里“修煉”完成的鎂溶液，被小心翼翼地放進我省唯一一臺用于同位素示蹤的多接收電感耦合等離子體質譜儀。
鎂溶液順著管道進入儀器。在高溫下，溶液迅速等離子化，鎂原子變成帶電的離子，飛向磁場。
不同的鎂同位素像不同體重的選手，在磁場里劃出不同的弧線，被儀器的多接收器精準捕捉。
屏幕上跳出的比值數據，就是這塊巖石的“鎂指紋”——如果與張家界某片地層的“指紋”重合，說明它的“老家”可能在那里;如果帶著海底火山巖的特征，那就暗示它們的形成與遠古海底火山有關。
“不管是測文物、找礦產，還是追氣候，只要讀懂這些數據，就能揭開藏在時光里的秘密。”實驗室負責人彭君博士告訴記者，實驗室建成一年后，正試圖翻開洞庭湖深處的“氣候日記”。
答案藏在洞庭湖的沉積物里。水里的微生物死后會沉到湖底，它們體內的碳、氧同位素“指紋”，能告訴科研人員2000年來水溫、降水的變化;沉積物里花粉的同位素，則能還原當年這里是茂密森林還是成片農田。
“于是，我們便能了解洞庭湖周邊是否出現過連年干旱;幾百年前的暴雨，是不是和現在的極端天氣有相似的規律。”彭君說，“這對生活在洞庭湖周邊的人來說太重要了。”
知道了答案，農民便可以提前規劃種什么莊稼，城市能更科學地建防洪堤，甚至連候鳥遷徙的路線，都可能因這些發現而被更好地保護。
而對于實驗室的老本行找礦來說，有了同位素的“指引”，既能找到致富的“金疙瘩”，又能減少盲目挖掘對生態的傷害。
深夜，實驗室的科研人員揉了揉眼睛，指尖劃過質譜儀的屏幕。他們悄悄約定：明天，還要從微觀世界里，再撬出一點讓山野更豐饒、讓日子更明亮的答案。
責編：歐小雷
一審：歐小雷
二審：印奕帆
三審：譚登
來源：華聲在線
