【汇旺担保】宇宙年代学

10/05/2022
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[拼音]:yuzhou niandaixue

[英文]:cosmochronology

天体化学和同位素地球化学的一个研究领域。它应用宇宙学、粒子物理学、核物理学、天体物理学和天体化学的理论,计算天体形成和演化的年龄;并应用同位素地质年代学计时法测定各类天体物质的形成和演化年龄,建立宇宙重大事件的时间序列。

宇宙演化的时间序列主要包括:宇宙年龄、银河系年龄、太阳系元素年龄、太阳星云形成与凝聚年龄、太阳系各天体年龄之间的间隔年龄、天体热演化过程中气体和裂变径迹的保留年龄、宇宙线照射年龄(或天体的暴露年龄)和天体的落地年龄。

宇宙和银河系年龄

宇宙年龄是指大爆炸至今所经历的时间。它是宇宙无限时间中的一个有限的、相对的时间概念,是从现代宇宙学模型和实际观测结果出发,探索宇宙演化初期主要事件的历程。初始宇宙密度近于无限大,温度大于1032K。宇宙从超密度状态演化而来。宇宙和银河系年龄的计算方法主要有下列 3种:

(1)由宇宙膨胀速度推算;

(2)通过对银河系最古老球状星团的观测计算;

(3)测定r过程(即快过程)形成元素的年龄,作为宇宙和银河系年龄的下限。上述 3种方法给出一致的银河系年龄为110~180亿年,宇宙开始至银河系形成的时间间隔约20亿年,宇宙年龄约200亿年。

元素年龄

元素是由宇宙核合成和恒星中的核合成所致。元素年龄即合成事件的年龄。通常采用同一元素的两种同位素(一为稳定而另一为放射性同位素或两种均为放射性同位素)或选用地球化学性质相近似的邻近元素的同位素进行计算,如187Re-187Os、235U-238U、232Th-238U、244Pu-232Th和129I-127I等方法。元素平均年龄值采用62~77亿年。

太阳系的间隔年龄

自太阳星云形成至凝聚形成各天体之间的时间间隔,即凝聚形成太阳系各天体所需时间。据129I-129Xe、244Pu-131-136Xe、244Pu-232Th等方法测定太阳星云凝聚形成各天体所需时间为1.2~1.6亿年。形成月球、地球和各类陨石所需时间分别为1.4、 1~1.1和~1亿年。

陨石年龄的差异

各类陨石是在相当接近的时间内相继从太阳星云中凝聚而成。陨石的年龄以45.7亿年为基点,采用129I-129Xe、244Pu-131-136Xe 法测定各类陨石的相对年龄。陨石形成的间隔年龄变化很小,具有较好的等时性。根据锶Sr同位素初始比值的测定,计算各类陨石和某些月岩年龄的差异。通常以 7个玄武质无球粒陨石的 (87Sr/86Sr)0=0.698 990±0.000 047平均初始比值为基点,获得各类陨石和某些月岩的年龄差异。

天体的凝固年龄

应用Sm-Nd、Rb-Sr、U-Th-Pb、和Re-Os法测定陨石、宇宙尘、月岩的形成年龄,证实太阳系各天体在45~46亿年前形成。

气体保留年龄

指样品中所储存的放射成因气体的年龄。陨石母体、月球和地球形成后,内部温度逐渐冷却到可以储存放射成因气体为起始的时间。由于气体易于受热扩散而丢失,因而气体保留年龄一般反映的是最后一次热事件发生的年龄。应用的年龄测定方法为K-Ar、39Ar-40Ar、U-Th-He、U-Kr、U-Xe法等。

裂变径迹保留年龄

天体物质演化到达能够储存自发裂变径迹的时间。测定天体样品的裂变径迹保留年龄,通常选用白磷钙石、磷灰石、锆石、透辉石、古铜辉古、顽火辉石、紫苏辉石、橄榄石、斜长石、角闪石及各种玻璃物质作为样品。吉林陨石中橄榄石和斜方辉石的Pu-U裂变径迹保留年龄分别为40±1.3亿年和39±1.4亿年。表明吉林陨石在距今40亿年冷却到能够保留裂变径迹的温度。

宇宙线照射(暴露)年龄

天体物质在空间漫长的执行过程中,直接暴露于宇宙辐射场,接受宇宙线的照射,在天体内产生各种高能和低能的核反应,形成各种稳定的和放射性的同位素,如3He、10Be、21Ne、22Na、26Al、36Cl、38Ar、53Mn、54Mn和60Co等。根据这些宇宙线成因的同位素产率与含量,可计算天体物质在宇宙线中受照射的时间,即宇宙线照射年龄或暴露年龄。铁陨石的暴露年龄为2~10亿年,石陨石的暴露年龄为2~8000万年。暴露年龄的频谱,反映了各类陨石母体在空间碰撞、破碎的历史。月壤和月岩的暴露年龄反映了月表浮土的形成年龄和月表撞击事件及月坑的形成年龄。

陨石落地年龄

陨石降落后,因地球大气层的遮蔽,陨石体内的宇宙线成因放射性同位素没有新的补充,而只有衰变消耗,测定陨石中的10Be-14C、14C-26Al、36Cl-39Ar、59Ni-26Al、59Ni-53Mn、53Mn-36Cl、53Mn-26Al和10Be-59Ni等,计算陨石的落地年龄。落地年龄的范围在0~150万年之间。

参考书目

欧阳自远著:《天体化学》,科学出版社,北京,1988。

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