宇宙年代學

宇宙演化的時間序列主要包括：宇宙年齡、銀河系年齡、太陽系元素年齡、太陽星雲形成與凝聚年齡、太陽系各天體年齡之間的間隔年齡、天體熱演化過程中氣體和裂變徑跡的保留年齡、宇宙線照射年齡(或天體的暴露年齡)和天體的落地年齡。

基本介紹

• 中文名：宇宙年代學
• 領域：天體化學和同位素地球化學
• 用途：研究宇宙年代
• 性質：學科

研究領域和套用

天體化學和同位素地球化學的一個研究領域。它套用宇宙學、粒子物理學、核物理學、天體物理學和天體化學的理論，計算天體形成和演化的年齡；並套用同位素地質年代學計時法測定各類天體物質的形成和演化年齡，建立宇宙重大事件的時間序列。

宇宙和銀河系年齡

宇宙年齡是指大爆炸至今所經歷的時間。它是宇宙無限時間中的一個有限的、相對的時間概念，是從現代宇宙學模型和實際觀測結果出發，探索宇宙演化初期主要事件的歷程。初始宇宙密度近於無限大，溫度大於1032K。宇宙從超密度狀態演化而來。宇宙和銀河系年齡的計算方法主要有下列 3種：由宇宙膨脹速度推算；通過對銀河系最古老球狀星團的觀測計算；測定r過程(即快過程)形成元素的年齡，作為宇宙和銀河系年齡的下限。上述 3種方法給出一致的銀河系年齡為110～180億年，宇宙開始至銀河系形成的時間間隔約20億年，宇宙年齡約200億年。

元素年齡

元素是由宇宙核合成和恆星中的核合成所致。元素年齡即合成事件的年齡。通常採用同一元素的兩種同位素(一為穩定而另一為放射性同位素或兩種均為放射性同位素)或選用地球化學性質相近似的鄰近元素的同位素進行計算，如187Re-187Os、235U-238U、232Th-238U、244Pu-232Th和129I-127I等方法。元素平均年齡值採用62～77億年。

太陽系的間隔年齡

自太陽星雲形成至凝聚形成各天體之間的時間間隔，即凝聚形成太陽系各天體所需時間。據129I-129Xe、244Pu-131-136Xe、244Pu-232Th等方法測定太陽星雲凝聚形成各天體所需時間為1.2～1.6億年。形成月球、地球和各類隕石所需時間分別為1.4、1～1.1和～1億年。

隕石年齡

隕石是在相當接近的時間內相繼從太陽星雲中凝聚而成。隕石的年齡以45.7億年為基點，採用129I-129Xe、244Pu-131-136Xe 法測定各類隕石的相對年齡。隕石形成的間隔年齡變化很小，具有較好的等時性。根據鍶Sr同位素初始比值的測定，計算各類隕石和某些月岩年齡的差異。通常以 7個玄武質無球粒隕石的 (87Sr/86Sr)0=0.698 990±0.000 047平均初始比值為基點，獲得各類隕石和某些月岩的年齡差異。

隕石落地年齡 隕石降落後，因地球大氣層的禁止，隕石體內的宇宙線成因放射性同位素沒有新的補充，而只有衰變消耗，測定隕石中的10Be-14C、14C-26Al、36Cl－39Ar、59Ni-26Al、59Ni-53Mn、53Mn-36Cl、53Mn-26Al和10Be－59Ni等，計算隕石的落地年齡。落地年齡的範圍在0～150萬年之間。

天體的凝固年齡

套用Sm－Nd、Rb－Sr、U－Th-Pb、和Re-Os法測定隕石、宇宙塵、月岩的形成年齡，證實太陽系各天體在45～46億年前形成。

氣體保留年齡 指樣品中所保存的放射成因氣體的年齡。隕石母體、月球和地球形成後，內部溫度逐漸冷卻到可以保存放射成因氣體為起始的時間。由於氣體易於受熱擴散而丟失，因而氣體保留年齡一般反映的是最後一次熱事件發生的年齡。套用的年齡測定方法為K-Ar、39Ar-40Ar、U-Th-He、U-Kr、U-Xe法等。

裂變徑跡保留年齡

天體物質演化到達能夠保存自發裂變徑跡的時間。測定天體樣品的裂變徑跡保留年齡，通常選用白磷鈣石、磷灰石、鋯石、透輝石、古銅輝古、頑火輝石、紫蘇輝石、橄欖石、斜長石、角閃石及各種玻璃物質作為樣品。吉林隕石中橄欖石和斜方輝石的Pu-U裂變徑跡保留年齡分別為40±1.3億年和39±1.4億年。表明吉林隕石在距今40億年冷卻到能夠保留裂變徑跡的溫度。

宇宙線照射(暴露)年齡

天體物質在空間漫長的運行過程中，直接暴露於宇宙輻射場，接受宇宙線的照射，在天體內產生各種高能和低能的核反應，形成各種穩定的和放射性的同位素，如3He、10Be、21Ne、22Na、26Al、36Cl、38Ar、53Mn、54Mn和60Co等。根據這些宇宙線成因的同位素產率與含量，可計算天體物質在宇宙線中受照射的時間，即宇宙線照射年齡或暴露年齡。鐵隕石的暴露年齡為2～10億年，石隕石的暴露年齡為2～8000萬年。暴露年齡的頻譜，反映了各類隕石母體在空間碰撞、破碎的歷史。月壤和月岩的暴露年齡反映了月表浮土的形成年齡和月表撞擊事件及月坑的形成年齡。