摘要：在地表深处，岩石和矿物构造隐藏着一种神秘的光辉。在黑光下，其中的化学物质化石呈现出鲜艳的粉色、蓝色和绿色。科学家们正在利用这些荧光特征来了解洞穴是如何形成的，以及在极端甚至外星环境中维持生命的条件。

在地表深处，岩石和矿物构造隐藏着一种神秘的光辉。在黑光下，其中的化学物质化石呈现出鲜艳的粉色、蓝色和绿色。科学家们正在利用这些荧光特征来了解洞穴是如何形成的，以及在极端甚至外星环境中维持生命的条件。

在地球表面深处，岩石和矿物构造隐藏着一种神秘的光辉。在黑光下，其中的化学物质化石呈现出鲜艳的粉色、蓝色和绿色。科学家们正在利用这些荧光特征来了解洞穴是如何形成的，以及生命如何在极端环境下生存，这可能揭示生命如何在遥远的地方生存，比如木星的冰冻卫星木卫二。

研究人员将在美国化学学会（ACS）春季会议上展示他们的研究成果。

事实证明，南达科他州风洞的化学成分可能与木卫二等地相似，而且更容易到达。这就是为什么北爱荷华大学教授、天体生物学家乔舒亚·塞布里最终深入地下数百英尺，在黑暗、寒冷的环境中研究矿物和生命形式的原因。

他解释道：“整个项目的目的是试图更好地了解地下发生的化学反应，以告诉我们如何维持生命。”

当塞布里和他的学生开始探索风洞和美国其他洞穴的新区域时，他们绘制了他们发现的岩层、通道、溪流和生物。在探索过程中，他们还带上了黑光灯（紫外线灯），以观察岩石中的矿物质。

在黑光下，洞穴的某些区域似乎变成了某种超凡脱俗的东西，因为周围岩石的部分区域闪耀着不同的色彩。由于数百万年前地球内部的杂质——几乎是化学化石——这些颜色与不同浓度和类型的有机或无机化合物相对应。这些闪亮的石头通常表明水曾经将矿物质从地表带下来的地方。

“墙壁看上去一片空白，没有任何有趣的东西，”塞布里说。“但是，当我们打开黑光灯时，原本只是一堵普通的棕色墙壁变成了一层明亮的荧光矿物，这表明 1 万或 2 万年前这里曾有一池水。”

通常，为了了解洞穴特征的化学组成，需要取出岩石样本并带回实验室。但塞布里和他的团队在探险过程中使用便携式光谱仪收集不同表面的荧光光谱（就像化学组成的指纹）。这样，他们就可以带走信息，同时保持洞穴完好无损。

该大学本科生安娜·范德韦德 (Anna Van Der Weide) 曾陪同塞布里进行过一些探险活动。她利用在实地考察期间收集的信息，建立了一个可供公众查阅的荧光指纹库，以帮助为传统的洞穴地图提供额外的信息，并更全面地描绘出洞穴的历史和形成过程。

其他本科生也参与了这项研究。Jacqueline Heggen 正在进一步探索这些洞穴，将其作为天体生物学极端微生物的模拟环境；Jordan Holloway 正在开发一种自主光谱仪，使未来的外星任务测量更加容易，甚至可能实现；Celia Langemo 正在研究生物识别技术，以保证极端环境探险者的安全。这三名学生还将在 ACS Spring 2025 上展示他们的研究成果。

在洞穴中开展科学研究并非没有挑战。例如，在明尼苏达州神秘洞穴 48 华氏度（9 摄氏度）的温度下，研究小组不得不将光谱仪的电池埋在暖手器中，以防止电池耗尽。其他时候，为了到达感兴趣的区域，科学家们不得不挤过宽度不足一英尺（30 厘米）的空间，长达数百英尺，有时还会因此丢失鞋子（或裤子）。或者，他们不得不站在齐膝深的冰冷洞穴水中进行测量，并祈祷他们的仪器不会意外被水浸入水中。

但尽管存在这些障碍，这些洞穴已经揭示了大量信息。在风洞，研究小组发现富含锰的水冲刷出了洞穴，并在其中形成了条纹斑马方解石，在黑光下会发出粉红色的光芒。方解石在地下生长，以富含锰的水为食。塞布里认为，当这些岩石破碎时，由于方解石比洞穴中的石灰岩更脆弱，方解石也会扩大洞穴。“这是一种与之前研究过的非常不同的洞穴形成机制，”他说。

独特的研究条件为范德韦德提供了难忘的体验。“看到如何在野外应用科学并了解自己在那些环境中如何运作真的很酷，”她总结道。

未来，塞布里希望通过将荧光技术与传统的破坏性技术进行比较，进一步确认荧光技术的准确性。他还想研究同样发出荧光的洞穴水，以了解地球表面的生命如何影响地下深处的生命，并重新与他的天体生物学根源联系起来，了解类似的、富含矿物质的水如何支持太阳系遥远地区的生命。

来源：人工智能学家