湖南日报全媒体记者 王铭俊 通讯员 曾巧

8月28日，长沙市城南中路，记者走进省地质院下属单位省地质实验测试中心。

一间特别的实验室，能造出比纯净水还要“纯”的溶液，有能称出百万分之一克重量的天平。

这是建成于2024年7月的同位素超净实验室。实验室建成一年后，应用研究开启。

此刻，两项看似不相关的研究正在这里悄悄揭开地球的秘密：一项在解读洞庭湖深处的“气候日记”，一项在追溯华南地层里的“矿产密码”。

而帮科研人员解锁秘密的，是同一种神奇工具——同位素。

用同位素找到矿石的“时间坐标”

‌同位素‌是‌同一元素的不同原子形式。

“大家耳熟能详，用来测文物‘年龄’的碳14就是同位素。”面对记者提问，实验室博士吕串举例。

碳是大家身边常见的元素，但碳“这家人”很特别，家里有好几个“兄弟”，如碳12、碳13、碳14。这三“兄弟”质子数一样，但中子数不同，就像同个爸妈生的孩子，身高、体重略有差别，但它们都是碳的同位素。

那碳14为啥能当“文物时钟”呢？

吕串介绍，这得从它的“脾气”说起。只要生物活着，就会不断“更新”体内的碳14，保持着和大气中差不多的含量。可一旦生物死亡，这套“更新系统”就停了，体内的碳14慢慢“变少”。

比如一块埋在地下的木头，“活着”的时候和大气里的碳14含量一样；“死后”过了5730年，木头里的碳14就历经一个半衰期，只剩原来的一半；再过5730年，就只剩1/4……

“我们只要测木头里还剩多少碳14，就能倒推出它是几千年前死亡的。”吕串告诉记者，碳14也有“短板”——它的半衰期不算长，要是测的物品超过5万年，剩下的碳14就少得几乎测不出来。

不过，与实验室科研人员打交道的多为上亿年的矿石。他们亟需找到矿石的“时间坐标”，和周围的地质事件串成线。

“比如我们测出一块矿石形成于2亿年前，便能结合当时的地质演化、构造活动，构建找矿模型。”吕串说，当这些线索凑在一起，就画出了一张 “地质藏宝图”。

同位素还记着地质样品的出生地

矿石的年龄怎么测？

实验室台面上，一块刚从湘西土家族苗族自治州采回的矿石带着泥土的潮气。

它被精准切下一小块，放进透明树脂里。树脂慢慢固结变硬，就成了一块结实的岩石“三明治”——中间是岩片，外面裹着树脂。

激光剥蚀系统的光束轰击在“三明治”上。

“啪！”193纳米的激光瞬间把这一点岩片打成了微米到纳米级别的气溶胶，顺着细管“嗖嗖”地钻进隔壁的质谱仪。铀-238、铅-206的同位素值，清晰地显示在屏幕上。

“在我们看不到的地方，铀正在慢慢变成铅。”吕串解释，“铀性子倔，衰变速度从来不变。铀-238经过44.7亿年，就会有一半变成铅-206。”仪器算得飞快，把岩片里铀和铅的含量一比，矿石的年龄就出来了——2亿年。

同位素就像地球留下的“隐形笔记”，不仅记着物质形成于多少年前，有的还记着它来自某地。

后者便是同位素的“示踪”功能。

推开实验室超净室的门，就闯进了同位素示踪分析的“第一战场”。野外采来的矿石被研磨成细粉，加入特殊酸试剂。

溶液里藏着不少捣乱的杂质，这时“王牌选手”离子交换树脂柱登场。它像磁铁吸铁钉一样，把特定元素牢牢抓在自己的“网”里。科研人员再换上不同的酸试剂当“向导”，使溶液里的杂质乖乖排好队，一个接一个按顺序“走”出来——最后接到的，就是非常纯净的单元素溶液了。

再慢慢蒸发掉多余的酸，省地质实验测试中心博士孔婷得到了浓缩的镁溶液。“你看这溶液，连一粒灰尘都别想混进来。”孔婷告诉记者，这确保了镁同位素的“指纹”不被任何杂质污染。

撬出让山野更丰饶、让日子更明亮的答案

在超净室里“修炼”完成的镁溶液，被小心翼翼地放进我省唯一一台用于同位素示踪的多接收电感耦合等离子体质谱仪。

镁溶液顺着管道进入仪器。在高温下，溶液迅速等离子化，镁原子变成带电的离子，飞向磁场。

不同的镁同位素像不同体重的选手，在磁场里划出不同的弧线，被仪器的多接收器精准捕捉。

屏幕上跳出的比值数据，就是这块岩石的“镁指纹”——如果与张家界某片地层的“指纹”重合，说明它的“老家”可能在那里；如果带着海底火山岩的特征，那就暗示它们的形成与远古海底火山有关。

“不管是测文物、找矿产，还是追气候，只要读懂这些数据，就能揭开藏在时光里的秘密。”实验室负责人彭君博士告诉记者，实验室建成一年后，正试图翻开洞庭湖深处的“气候日记”。

答案藏在洞庭湖的沉积物里。水里的微生物死后会沉到湖底，它们体内的碳、氧同位素“指纹”，能告诉科研人员2000年来水温、降水的变化；沉积物里花粉的同位素，则能还原当年这里是茂密森林还是成片农田。

“于是，我们便能了解洞庭湖周边是否出现过连年干旱；几百年前的暴雨，是不是和现在的极端天气有相似的规律。”彭君说，“这对生活在洞庭湖周边的人太重要了。”

知道了答案，农民便可以提前规划种什么庄稼，城市能更科学地建防洪堤，甚至连候鸟迁徙的路线，都可能因这些发现而被更好地保护。

而对于实验室的老本行找矿来说，有了同位素的“指引”，既能找到致富的“金疙瘩”，又能减少盲目挖掘对生态的伤害。

深夜，实验室的科研人员揉了揉眼睛，指尖划过质谱仪的屏幕。他们悄悄约定，明天，还要从微观世界里，再撬出一点让山野更丰饶、让日子更明亮的答案。

作者：王铭俊

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来源：湖南日报·新湖南客户端