ASD Fieldspec 4地物光譜儀在了解火星上的斜長石VNIR特征方面的應(yīng)用

從明朝的萬戶飛天，到前蘇聯(lián)的宇航員尤里·加加林登上太空，再到如今的天問一號火星探測。人類對宇宙的探索從未停止，始終激發(fā)著我們的好奇心和無限想象力。

宇宙，是一個神秘而廣袤的領(lǐng)域，它孕育著無數(shù)的星球、星系和星云，仿佛是一個巨大的宇宙圖書館，等待著我們?nèi)ラ喿x其中的每一頁。

火星，與地球相似度極高，具有相似的地貌環(huán)境、大氣環(huán)境和季節(jié)變化，都擁有衛(wèi)星和環(huán)形山。在太陽系內(nèi)被認(rèn)為是除了地球之外，第二個最適合人類居住的星球。

眾多的科幻影視作品中有不少涉及到火星，實(shí)際上火星也是人類對地外星球探索的一個重點(diǎn)。隨著科技的發(fā)展和進(jìn)步，人類對火星探索的技術(shù)也在升級，今天推薦給大家的文章就與此相關(guān)。
 

ASD Fieldspec 4地物光譜儀在了解火星表面斜長石VNIR特征方面的應(yīng)用
 

 

衛(wèi)星上的遙感儀器有助于了解行星表面的地質(zhì)情況�；鹦沁b感任務(wù)以前利用火星全球勘測者、火星軌道相機(jī)、MGS火星軌道激光高度計、火星快車高分辨率立體相機(jī)和火星奧德賽熱輻射成像系統(tǒng)等設(shè)備發(fā)現(xiàn)了水流特征，而利用火星快車觀測站光譜成像儀探測到了水合礦物。最近，火星勘測軌道飛行器上的緊湊型勘測成像光譜儀在可見光-近紅外（VNIR）范圍內(nèi)檢測到了火星表面的斜長石特征。火星表面斜長石的檢測引發(fā)了對行星上運(yùn)作的基本過程問題的思考，這些特征的確切起源（即含長石巖石的性質(zhì)）對理解火星的形成和演化具有明顯不同的意義。

之前基于可見光-近紅外反射光譜研究了富含鈣長石的斜長巖粉末，研究表明，當(dāng)斜長石長石結(jié)構(gòu)中包含亞鐵（Fe2+）時，可以檢測到斜長石。在對二元粉末混合物進(jìn)行的研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)添加了10%或更多的鎂鐵質(zhì)礦物時，不再可見斜長石的光譜特征。根據(jù)這些研究，巖石組成中至少需要90%的斜長石含量，才能在總巖石光譜上顯示出其獨(dú)特的光譜特征。然而，使用大型斜長石和輝石晶體的二元混合物進(jìn)行的另一項研究表明，可能需要高達(dá)50%的鎂鐵質(zhì)礦物來掩蓋斜長石的光譜特征，研究者的關(guān)鍵觀點(diǎn)是，長石的組成及巖石中顆粒的大小都會影響斜長石的光譜特征和可檢測性。因此，對整塊巖石的分析似乎非常重要，除了之前對粉末和顆粒的二元混合物的研究外，還可以與火星遙感觀測進(jìn)行比較(其觀測顯示出類似斜長石的特征)。

基于此，本研究的目標(biāo)是確定是否可以在未破碎的含斜長石的陸地巖漿巖(從鎂鐵質(zhì)到長英質(zhì))中檢測到如在火星上觀察到的斜長石的光譜特征(1.3 μm吸收帶)。
 

 

在本研究中，來自洛林大學(xué)巖相學(xué)和地球化學(xué)研究中心和克萊蒙特奧弗涅大學(xué)巖漿和火山實(shí)驗室的一組研究團(tuán)隊，①選擇了五個不同地理來源含長石的宏觀巖石樣品（均是火山或深成巖），分別是NJ2（英安巖）、NJ11（花崗巖）、NM6（斜長巖)、NR1（玄武巖）和NR2（玄武巖）。②通過光學(xué)顯微鏡觀察，了解樣品顯微結(jié)構(gòu)和礦物組成。通過地球化學(xué)分析，確定元素含量。通過化學(xué)成分的映射分析，觀察不同礦物的分布情況。此外，還進(jìn)行了長石礦物化學(xué)成分的定量分析。③獲取樣品的光譜反射率（ASD Fieldspec 4地物光譜儀）和高光譜圖像。④對光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理等，使用ENVI軟件進(jìn)行化學(xué)成分的分析和礦物分類。并與美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）的參考光譜庫進(jìn)行比對，識別礦物特征。⑤分析長石礦物的化學(xué)成分和光譜特征之間的相關(guān)性，探討長石的光譜特征與其組成的關(guān)系。并討論樣品中顆粒大小和伴生礦物對長石光譜特征的影響。⑥總結(jié)研究結(jié)果，并對火星上的長石特征進(jìn)行討論和解釋。
 

結(jié)果
 

用電子探針顯微分析儀對5個含長石的宏觀樣品的薄片進(jìn)行點(diǎn)分析的結(jié)果

結(jié)論

本研究使用光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡（SEM）、電子探針顯微分析（EPMA）和反射光譜（點(diǎn)光譜儀和高光譜相機(jī)）對五個含長石的宏觀樣品進(jìn)行了分析。對樣品進(jìn)行了光譜、巖石學(xué)和地球化學(xué)表征，以詳細(xì)描述樣品，并試圖將其近紅外光譜特征與其中一種斜長石聯(lián)系起來。結(jié)果表明，盡管這些宏觀樣品中斜長石的含量不同(約 30% ~ 80%)，但在它們的近紅外光譜上仍然可見斜長石的吸收帶，但在相應(yīng)的粉末樣品中不一定可見。使用高光譜相機(jī)對礦物類平均光譜進(jìn)行分析，證實(shí)了在1.3 μm附近觀測到的特征與斜長石礦物有關(guān)，盡管橄欖石或黑云母等伴生礦物往往會重疊并影響總巖石光譜中產(chǎn)生的信號。

將該吸收帶的位置與斜長石的化學(xué)成分進(jìn)行了比較，更準(zhǔn)確地說，將其與鐵和鈣長石的含量進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，F(xiàn)eO和An含量與斜長石吸收帶中心位置之間存在相關(guān)性，通常隨著An含量的增加而增加（除在先前研究中提到的拉長石外）。為了更準(zhǔn)確地理解這些趨勢，還需要對更大規(guī)模的樣本進(jìn)行實(shí)驗室分析。研究結(jié)果還表明，在解釋斜長石的VNIR光譜特征時，必須考慮到粒度、斜長石組成和相關(guān)伴生礦物，這一發(fā)現(xiàn)有助于理解最近在火星上發(fā)現(xiàn)的礦物。

總之，研究人員對地球上的樣品進(jìn)行了多種分析方法的綜合研究，以深入理解長石的光譜特征，這對于解釋火星上的長石特征具有重要意義，這些特征可能對應(yīng)于一系列含長石的巖石，因此可以提供有關(guān)火星地殼形成的信息，并為火星上的礦物研究提供了重要參考。
 

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