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为探究微陨石(MMs)高效采集区域,研究人员分析印度洋中央海盆沉积物,结合陆地沉积速率(TSR)与 MMs 丰度构建机器学习模型。发现深海(TSR<0.01 cm/kyr)MMs 丰度达 50 个 /kg,45°N-S 纬度海域为理想采集区,为 MMs 通量估算及地外物质研究奠定基础。
在浩瀚宇宙中,地球如同一个不断接收宇宙 “礼物” 的星际驿站,每年有约 40000 吨宇宙尘埃降临,其中 4000-6000 吨以微陨石(Micrometeorites, MMs)的形式抵达地表。这些来自小行星、彗星等天体的 “宇宙信使”,虽小如沙粒(约 10 μm 至 2 mm),却携带着太阳系形成与生命起源的关键线索。然而,如何高效收集这些珍贵的宇宙物质一直是困扰科学家的难题 —— 地表环境复杂,陆地沉积过程易将微陨石掩埋或污染,而不同海洋区域的收集潜力也尚不明确,古岩石中化石微陨石的采集研究更处于起步阶段。在此背景下,为系统解析微陨石的全球分布规律并优化采集策略,印度国家海洋研究所(CSIR-NIO)的研究团队针对海洋沉积物与古岩石开展了深入研究,相关成果发表在《Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers》。
研究团队以印度洋中央海盆(CIOB)约 5500 米深的深海沉积物为主要研究对象,通过 RV Sindhu Sadhana 和 A.A. Sedorenko 号科考船,在 SSD-48(2020 年 3 月 31 日 - 5 月 5 日)等多次航次中采集了 98 份沉积物样品,累计获得约 3 吨湿沉积物(相当于 762 kg 干沉积物)。研究采用的关键技术包括:①筛析与磁分离技术,用于从沉积物中富集球形至亚球形颗粒;②双目显微镜观察与样品制备,对 58 份样品进行 mounting、抛光及纹理分析;③结合全球微陨石收集数据库与陆地沉积速率(Terrestrial Sedimentation Rate, TSR)数据,利用机器学习算法建立微陨石丰度预测模型。
微陨石丰度的海洋区域差异
研究发现,不同沉积环境的 TSR 与微陨石丰度呈显著负相关:深海沉积物(TSR<0.01 cm/kyr)中微陨石含量最高,达约 50 个 /kg 干沉积物,而中等深度海域(0.01<TSR<0.1 cm/kyr)如印度洋中央海盆,平均丰度约 15 个 /kg,浅海区域则更少。这表明低沉积速率的 “宁静” 环境更利于微陨石的保存与积累。
全球理想采集区域的模型预测
通过机器学习建模,研究团队确定 45°N 至 45°S 纬度带为微陨石采集的理想区域。其中,东太平洋(10-45°N 和 10-30°S)与印度洋中部(0-45°S)因兼具低 TSR 与合适的地理位置,成为优先推荐的采集热点。这一结果突破了以往仅依赖南极和深海的局限,为全球范围内的高效采样提供了新地图。
古岩石中的化石微陨石采集潜力
除现代深海沉积外,研究首次系统评估了古岩石的采集价值。指出在低 TSR 沉积环境中形成的页岩、粘土岩、泥岩、燧石和石灰岩等,是化石微陨石的潜在 “宝库”。这类岩石通过漫长地质过程保存了历史时期的宇宙物质,为追溯远古地外活动提供了全新素材。
研究结论表明,微陨石的空间分布受沉积速率与地理纬度双重调控,深海与低纬度海域是现代微陨石的最佳采集地,而低 TSR 古岩石则为古环境研究开辟了新方向。这一成果不仅优化了微陨石的全球采集策略,更通过精准定位采集热点,显著提升了宇宙尘埃通量估算的准确性。对于生命科学与行星科学而言,该研究为解析太阳系物质演化、地外物质与地球系统的相互作用(如古气候变迁、生物演化触发机制)提供了关键支撑,同时为后续利用微陨石开展长期环境监测与天体化学研究奠定了方法论基础。未来,结合机器学习与多学科交叉手段,有望进一步揭示宇宙物质与地球生命进程之间的深层关联。