TOP 科學雜志報道：與飛納電鏡一起探索地球最年輕洞穴的炙熱深處

《史密森尼（Smithsonian）》雜志，隸屬于美國史密森尼學會，該學會 1846 年成立?！妒访苌幔⊿mithsonian）》雜志是美國華盛頓特區的史密森學會發行刊物，于 1970 年出版第一期雜志。

索羅，一位專注洞穴研究的洞穴學家，他跨越國界與美國宇航局和歐洲航天局攜手合作，致力于宇航員的行星探索訓練工作。他每天花數小時查看現場的照片和視頻，這些豐富的信息，不僅讓研究人員得以追蹤洞穴的形成過程與具體位置，也提供了一個難得的機會，使科學家有機會深入探究未經生命物質觸碰的洞穴深處：在細節層面，觀察冷卻過程、礦物生成以及這些環境中早期微生物群落的誕生。

穿著冶金用“冷卻服"的洞穴學家

1994 年，洞穴學家研究了意大利埃特納火山噴發后形成的熔巖管。研究人員在火山噴發停止近一年后進入熔巖管，發現里面盡管余溫高達 158℃，卻存在著罕見的晶體與礦物。然而，六個月后回到實驗室時，這些亞穩態的礦物已經因為溫度的降低分解消失，錯失了詳細研究的機會。這次經歷深刻體現了在惡劣環境中進行快速樣本采集并及時表征的重要性。

為了準備進入冰島的新洞穴，索羅及其團隊需要掌握洞穴形成的具體位置，以及哪些通道較為簡單安全。在國家地理學會的資助下，于 2021 年 9 月，即在火山停止噴發大約一周后，索羅團隊接近這座火山。他們運用精心繪制的地圖，成功確定了地表的“天窗點"——這些點極有可能是新形成的洞穴入口。研究團隊在該區域放置一架搭載熱成像攝像機的無人機，細致地記錄下火山不同區域的溫度數據。

1.研究人員操作一架配備有激光雷達掃描儀的無人機，對熔巖管網絡進行精細的三維繪圖

鑒于一些礦物會隨著時間改變或消失，這一次在冰島法格拉達爾火山，為了避免出現類似情況，研究人員攜帶飛納臺式掃描電鏡大樣品室版 Phenom XL G2，將其安置在火山旁邊的帳篷內，使用發電機以維持掃描電鏡正常運行。

“環境條件非常惡劣，記得有一次突如其來的降雨，帳篷內積流成河。我把電源設備放置在地板上，所幸水流繞過了它，"工作人員回憶道。

2.在火山旁，研究人員依靠這臺飛納臺式掃描電鏡進行礦物分析，這對火山口生態系統和生命起源的研究具有重要的價值。

2022 年 5 月，通過熱成像攝像機傳回的數據顯示，里面的溫度仍然高達 900℃。索羅描述了他們所遇到的情景：“空氣仿佛在燃燒，一股熱浪撲面而來。而外面的風卻寒冷刺骨，這種內外溫差所形成的鮮明對比，簡直令人難以置信。"

研究人員穿過一條 1000 英尺長的熔巖管

（地球上最年輕的洞穴之一）

“空氣溫度在一米之內就能從 100℃ 驟升至 200℃，"索羅描述道。索羅進入的管道中，洞穴墻壁在發光，溫度接近 600℃（1100華氏度）?！斑@是我見過的最為震撼的景象之一，"他感慨道。

索羅團隊的研究主要集中在兩個領域：首先，他們熱衷于探索洞穴內所發現的礦物，尤其是那些在洞壁及其他巖石表面逐漸形成的礦物。其次，他們期待揭示這些環境何時成為微生物群落的領地，并鑒定出哪些微生物在此類環境中能夠繁衍生息。深入探究這些新生洞穴如何逐步孕育生命，不僅有助于科研人員對地球生命發展過程的認知更加完善，而且對于科研人員在其他行星，如火星上尋找生命跡象的工作具有重要的指導意義。

研究人員發現，這些微生物通常能夠通過氧化無機物質（如硫、鐵和銅）來獲取能量。

在考察現場，Phenom XL 飛納臺式掃描電鏡對于快速識別和分析礦物樣本起到了非常重要的作用：

研究人員在洞穴表面的裂隙與凹槽中發現了各種礦物。“我們發現了這種美麗的礦物，有白色的、綠色的、藍色的等等。"南佛羅里達大學的礦物學家博格丹·奧納克回憶道。研究人員用無菌刮刀刮下樣本，并將其放置在真空密封袋中。收集樣本后，索羅及其同事們便回到帳篷中，利用飛納臺式電鏡的圖像來確定樣本的化學構成，他們通常能在半小時內識別出礦物，大大地提高了樣本采集和分析的效率。

研究人員在飛納臺式掃描電鏡下發現幾種稀有礦物

追尋微生物的繁殖路徑，將幫助科學家在宇宙中尋找生命。索羅提問：“既然地球上一些特定的微生物能在熔巖管道中迅速繁衍，那么在火星上為何不能上演同樣的生命奇跡呢？"

從內部觀察一個已經坍塌的熔巖管

美國宇航局艾姆斯研究中心 NASA 天體生物學研究所所長佩內洛普·博斯頓博士將熔巖管形容為“太陽系其他天體可能存在現象的縮影"。火山活動并不僅限于地球和火星，即便是在木星的衛星之一IO上，也能觀察到活躍的火山活動。這表明，太陽系外的行星和衛星同樣可能存在火山以及熔巖管。因此，博斯頓博士認為索羅正在研究的洞穴具有很高的參考價值。

01洞穴內一個已經凝固的小熔巖湖

02.繩狀熔巖（熔巖流表面構造）

03.洞穴入口附近的墻壁細節

法格拉達爾火山的噴發雖然已經平息，索羅對冰島其他火山的動態依然保持著濃厚的興趣。今年 3 月，雷克雅內斯半島上的 Hagafell 山，距離法格拉達爾僅幾英里之遙，突然開始了新的噴發。索羅望著那片火山噴發的壯麗景象，心中沉思：“新的熔巖管道正在形成。"這些神秘莫測的洞穴，或許將成為他下一次探險的目的地。