鑑定方法
隕石、宇宙塵、月球樣品等地外物質受宇宙線輻照的時間,簡稱暴露年齡。
隕石的宇宙線暴露年齡隕石從其母體中分裂出來,獨立運行於行星際空間的漫長過程中,受到宇宙線的不斷轟擊,於是在隕石體內產生了以核散裂為主的反應,形成了數量繁多的宇宙成因核素(見宇宙線化學)。根據這些宇宙成因核素的含量和產率,可以確定隕石的宇宙線暴露年齡。
宇宙線暴露年齡的測定方法有3種:
①放射性-穩定核素對法 通常用核素對H-He、Na-Ne、Al-Ne、Ar-Ar、K-K和Kr-Kr等計算暴露年齡t。
以Na-Ne核素對法為例:
式中Nec為散裂Ne的濃度(厘米/克,標準態),ɑ22為Na在樣品中的放射性強度〔衰變數/(分·公斤)〕。這裡假定Na和Ne的宇宙線散裂產率是相等的。
②散裂成因稀有氣體法常用He、Ne、Ar、Kr和Xe等核素計算暴露年齡t。 式中Xc為散裂稀有氣體濃度,S為樣品中靶元素的百分含量,Ps為靶元素的稀有氣體產率。
③宇宙成因放射性核素法常用Be、Al、Mn等核素的放射性強度的測量值與飽和值比較,利用放射性增長與衰變公式獲取短暴露年齡(見宇宙線化學)。 大量的隕石暴露年齡數據表明(如圖),不同類型隕石的暴露年齡的集中分布趨勢不同,各個類型有各自的典型分布峰區。分布特徵如下:石隕石為2×10~8.0×10年,典型值約1.0×10年。球粒隕石的暴露年齡:H群約8×10~1.4×10年,典型值4×10年;L群約5×10~1.2×10年,典型值5×10年;LL群的典型值約8×10年;大多數球粒隕石暴露年齡小於1.0×10年。無球粒隕石的暴露年齡:奧長古銅無球粒隕石約1.5~10年,鈣長輝長隕石為5×10~1.1×10年,大多數無球粒隕石的暴露年齡大於1.0×10年。碳質球粒隕石的暴露年齡一般低於1.5×10年。典型的鐵隕石的暴露年齡為5.00×10年,個別極端值為4×10年和 2.3×10年。中粒八面體鐵隕石的暴露年齡為6.50×10年,IVA群八面體鐵隕石約 4.00×10年,方隕鐵小於3.00×10年,石鐵隕石小於2.00×10年。
月球的宇宙線暴露年齡月球表面岩石和土壤長期受宇宙線照射,經散裂反應生成各種宇宙成因核素。可用與隕石同樣的方法計算月球表面岩石和土壤的暴露年齡。
月岩暴露年齡的統計分析表明,大部分數據集中在2×10~2×10年之間。月岩暴露年齡反映了月球基岩或大岩塊(幾米大小)在經過大的碰撞以後打碎成小的岩石碎塊(≤10厘米),並暴露於月面浮土上部的時間。因此,可以通過暴露年齡研究月面上發生過的大碰撞事件和某些月坑的形成時間。
月球靜海地區岩樣的暴露年齡,高鉀玄武岩組約為4.00×10年;低鉀玄武岩組約 1.00×10年;高鉀岩石約3.0×10年。表明靜海至少經歷了3次大碰撞事件。
月球土壤的暴露年齡反映月球表面浮土的平均暴露時間,其典型值為1.50×10~4.50×10年。月球海區土壤為 3.00×10~4.00×10年。明顯高於月球高地2.10×10~2.60×10年的暴露年齡。
宇宙塵的宇宙線暴露年齡由於宇宙塵(包括深海沉積物中宇宙來源球粒)非常稀少,要測其宇宙成因核素的微弱含量十分困難。按測定的宇宙塵中宇宙成因放射性核素Al、Be、Mn和Ni的含量,估算出行星際空間宇宙塵的“平均”宇宙線暴露年齡約為3.2×10年。
參考書目
P.J.Jr.Cressy and D.D.Bogard, The Calculationof Cosmic-Ray Exposure Age of Stone Meteorites,Geochem.Cosmochem.Acat,Vol.40,No 9, pp. 749~762,1976.