蛇纹石化矿物的可靠光谱识别及其火星探测意义

【作者】 刘文平； 周根陶；

【机构】 湖南汽车工程职业大学； 中国科学技术大学深空探测实验室/地球和空间科学学院； 中国科学院壳幔物质与环境重点实验室；

【摘要】 火星由于在很多方面与地球相似,目前已经成为地外生命探测的首选目标。火星全球的遥感探测结果发现,火星古老诺亚纪地层中广泛发育有蛇纹石、镁碳酸盐、滑石/皂石的矿物组合,表明蛇纹石化反应可能在火星早期普遍存在^[1]。学术界一个重要的观点是蛇纹石化反应可能为地球生命的起源和早期演化提供了必要的初始物质和能量^[2]。因此,火星上的蛇纹石化环境具有重要的天体生物学意义,可能是火星生命探测任务的重要靶区。"毅力号"火星车已经搭载了一套强大的光谱系统,包括X射线荧光（XRF）光谱仪、可见-近红外（VNIR）光谱仪和Raman光谱仪等,正在火星蛇纹石化区域开展原位探测任务,旨在探寻该区域内可能保存的生命痕迹^[3]。显然,快速可靠地识别蛇纹石化相关的矿物是火星车圆满完成探测任务的先决条件。目前,火星车光谱数据的解译主要依赖于实验室单矿物的光谱数据库。然而,许多研究表明,岩石中复杂的矿物组合会使目标矿物的光谱复杂化,光谱解译受到阻碍^[4]。因此,应建立一个基于岩石的光谱数据库,这将提高我们对火星车光谱数据的解译能力。为此,我们利用XRF,VNIR和Raman对一套从柴达木盆地类火星环境中采集的蛇纹岩样品开展了详尽的矿物学研究。结果表明,在同时含有蛇纹石和滑石的岩石样品中,蛇纹石的Raman光谱容易被错误地解译为海泡石,而VNIR光谱可以很好地识别所有岩石中的蛇纹石。联合使用火星车搭载的显微成像仪和Raman光谱仪可以帮助辨别不同类型的蛇纹石变体（叶蛇纹石、利蛇纹石和纤蛇纹石）。另外,对于蛇纹石化相关的其他矿物如水镁石、白云石、菱镁矿和滑石的判别,Raman和/或VNIR光谱仪同样快速且准确。因此,我们提出,火星车上的Raman光谱仪和VNIR光谱仪应协同工作,以确保可靠地识别其目标,降低错误解译的风险。该研究结果不仅为火星蛇纹石化区域的探测提供了架构,而且有助于火星返回光谱数据的验证、校准和解译。更多还原