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ASD | ASD Fieldspec 4地物光谱仪在了解火星上的斜长石VNIR特征方面的应用

日期: 2023-09-19
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从明朝的万户飞天,到前苏联的宇航员尤里·加加林登上太空,再到如今的天问一号火星探测。人类对宇宙的探索从未停止,始终激发着我们的好奇心和无限想象力。

宇宙,是一个神秘而广袤的领域,它孕育着无数的星球、星系和星云,仿佛是一个巨大的宇宙图书馆,等待着我们去阅读其中的每一页。

火星,与地球相似度极高,具有相似的地貌环境、大气环境和季节变化,都拥有卫星和环形山。在太阳系内被认为是除了地球之外,第二个最适合人类居住的星球。

众多的科幻影视作品中有不少涉及到火星,实际上火星也是人类对地外星球探索的一个重点。随着科技的发展和进步,人类对火星探索的技术也在升级,今天推荐给大家的文章就与此相关。

ASD Fieldspec 4地物光谱仪在了解火星表面斜长石VNIR特征方面的应用

ASD | ASD Fieldspec 4地物光谱仪在了解火星上的斜长石VNIR特征方面的应用

卫星上的遥感仪器有助于了解行星表面的地质情况。火星遥感任务以前利用火星全球勘测者、火星轨道相机、MGS火星轨道激光高度计、火星快车高分辨率立体相机和火星奥德赛热辐射成像系统等设备发现了水流特征,而利用火星快车观测站光谱成像仪探测到了水合矿物。最近,火星勘测轨道飞行器上的紧凑型勘测成像光谱仪在可见光-近红外(VNIR)范围内检测到了火星表面的斜长石特征。火星表面斜长石的检测引发了对行星上运作的基本过程问题的思考,这些特征的确切起源(即含长石岩石的性质)对理解火星的形成和演化具有明显不同的意义。

之前基于可见光-近红外反射光谱研究了富含钙长石的斜长岩粉末,研究表明,当斜长石长石结构中包含亚铁(Fe2+)时,可以检测到斜长石。在对二元粉末混合物进行的研究中发现,当添加了10%或更多的镁铁质矿物时,不再可见斜长石的光谱特征。根据这些研究,岩石组成中至少需要90%的斜长石含量,才能在总岩石光谱上显示出其独特的光谱特征。然而,使用大型斜长石和辉石晶体的二元混合物进行的另一项研究表明,可能需要高达50%的镁铁质矿物来掩盖斜长石的光谱特征,研究者的关键观点是,长石的组成及岩石中颗粒的大小都会影响斜长石的光谱特征和可检测性。因此,对整块岩石的分析似乎非常重要,除了之前对粉末和颗粒的二元混合物的研究外,还可以与火星遥感观测进行比较(其观测显示出类似斜长石的特征)。

基于此,本研究的目标是确定是否可以在未破碎的含斜长石的陆地岩浆岩(从镁铁质到长英质)中检测到如在火星上观察到的斜长石的光谱特征(1.3 μm吸收带)。

ASD | ASD Fieldspec 4地物光谱仪在了解火星上的斜长石VNIR特征方面的应用

在本研究中,来自洛林大学岩相学和地球化学研究中心和克莱蒙特奥弗涅大学岩浆和火山实验室的一组研究团队,①选择了五个不同地理来源含长石的宏观岩石样品(均是火山或深成岩),分别是NJ2(英安岩)、NJ11(花岗岩)、NM6(斜长岩)、NR1(玄武岩)和NR2(玄武岩)。②通过光学显微镜观察,了解样品显微结构和矿物组成。通过地球化学分析,确定元素含量。通过化学成分的映射分析,观察不同矿物的分布情况。此外,还进行了长石矿物化学成分的定量分析。③获取样品的光谱反射率ASD Fieldspec 4地物光谱仪和高光谱图像。④对光谱数据进行归一化处理等,使用ENVI软件进行化学成分的分析和矿物分类。并与美国地质调查局(USGS)的参考光谱库进行比对,识别矿物特征。⑤分析长石矿物的化学成分和光谱特征之间的相关性,探讨长石的光谱特征与其组成的关系。并讨论样品中颗粒大小和伴生矿物对长石光谱特征的影响。⑥总结研究结果,并对火星上的长石特征进行讨论和解释。

结果

ASD | ASD Fieldspec 4地物光谱仪在了解火星上的斜长石VNIR特征方面的应用
用电子探针显微分析仪对5个含长石的宏观样品的薄片进行点分析的结果


ASD | ASD Fieldspec 4地物光谱仪在了解火星上的斜长石VNIR特征方面的应用

5种含长石样品的反射光谱,连续去除前(a)后(b)

结论

本研究使用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、电子探针显微分析(EPMA)和反射光谱(点光谱仪和高光谱相机)对五个含长石的宏观样品进行了分析。对样品进行了光谱、岩石学和地球化学表征,以详细描述样品,并试图将其近红外光谱特征与其中一种斜长石联系起来。结果表明,尽管这些宏观样品中斜长石的含量不同(约 30% ~ 80%),但在它们的近红外光谱上仍然可见斜长石的吸收带,但在相应的粉末样品中不一定可见。使用高光谱相机对矿物类平均光谱进行分析,证实了在1.3 μm附近观测到的特征与斜长石矿物有关,尽管橄榄石或黑云母等伴生矿物往往会重叠并影响总岩石光谱中产生的信号。

将该吸收带的位置与斜长石的化学成分进行了比较,更准确地说,将其与铁和钙长石的含量进行了比较。结果表明,FeO和An含量与斜长石吸收带中心位置之间存在相关性,通常随着An含量的增加而增加(除在先前研究中提到的拉长石外)。为了更准确地理解这些趋势,还需要对更大规模的样本进行实验室分析。研究结果还表明,在解释斜长石的VNIR光谱特征时,必须考虑到粒度、斜长石组成和相关伴生矿物,这一发现有助于理解最近在火星上发现的矿物。

总之,研究人员对地球上的样品进行了多种分析方法的综合研究,以深入理解长石的光谱特征,这对于解释火星上的长石特征具有重要意义,这些特征可能对应于一系列含长石的岩石,因此可以提供有关火星地壳形成的信息,并为火星上的矿物研究提供了重要参考。

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