隕石中的稀有氣體

稀有氣體（He、Ne、Ar、Kr、Xe等）在隕石和類地行星中的豐度很低，在多數情況下不參與化學反應。根據成因,可以將隕石中的稀有氣體同位素劃分為4種類型：長壽命放射性核素衰變產生的稀有氣體；宇宙成因散裂稀有氣體；已滅絕放射性核素產生的稀有氣體；俘獲稀有氣體。研究隕石中稀有氣體的元素和同位素組成，可提供太陽系演化中某些物理過程的信息，有助於了解和闡明太陽系的演化規律。

基本介紹

• 中文名：隕石中的稀有氣體

來源

長壽命放射性核素衰變產生的稀有氣體

主要是長壽命的U、U、Th、K和Sm等放射性核素衰變產生的He和Ar。根據其衰變關係，可計算隕石的形成年齡和氣體保留年齡，研究隕石的熱歷史。

宇宙成因散裂稀有氣體

隕石在行星際空間運行，受宇宙線照射，通過散裂反應產生各種稀有氣體同位素，如He、Ne、Ne、Ne、Ar、Kr、Xe、Xe等。根據宇宙成因稀有氣體的性質，可研究宇宙線的通量、能譜和成分，研究宇宙線誘發的各種高能核反應和低能核反應，計算隕石的宇宙線暴露年齡，推測隕石進入地球大氣前的形狀和大小，以及研究隕石的碰撞歷史（見宇宙線化學）。

已滅絕核素產生的稀有氣體

某些放射性核素如I(半衰期1.7×10年)和Pu（半衰期8.2×10年）,由於其半衰期遠小於太陽系年齡（45.7億年），在太陽系物質中已不存在,故稱為已滅絕的核素。但I衰變生成的Xe和Pu自發裂變生成的各種Xe同位素仍存在於隕石中，由此導致隕石中Xe和裂變Xe同位素的“過剩”。通過對這些衰變和裂變產物的研究，可獲得已滅絕核素存在於早期太陽系的信息。測定隕石中 I的濃度和過剩的Xe，可用來確定隕石的形成間隔年齡，研究太陽系早期歷史。Pu自發裂變引起的Xe同位素異常，首先在帕薩蒙蒂無球粒隕石中發現，後來在許多無球粒隕石中也發現了這種異常，其同位素Xe、Xe、Xe、Xe的比值分別為1.00、0.92、0.90、0.29，與人工合成的Pu的自發裂變Xe譜Xe、Xe、Xe、Xe的比值(分別為1.00、0.92、0.88、0.25) 相吻合。由隕石中Pu產生的裂變Xe同位素,計算隕石形成時的Pu/Pu比值為 0.015。Pu及其裂變產物也可用來計算隕石形成間隔年齡，研究太陽系早期歷史。

俘獲氣體

某些隕石含有特別高的稀有氣體濃度，它們既不是地球形成時的產物，也不是散裂反應或核衰變的產物，而是隕石物質中的一種特殊而原始的成分，被稱為“俘獲”稀有氣體。通常認為俘獲稀有氣體是太陽型稀有氣體和行星型稀有氣體的混合物。隕石中的太陽型稀有氣體來自太陽風和太陽耀斑粒子，在隕石中占很小的比例。行星型稀有氣體在碳質球粒隕石中的絕對濃度很高，但在多數普通球粒隕石中的濃度較低。俘獲稀有氣體的同位素比值和相互比例與地球大氣幾乎相同，這表明它們是隕石母體形成時所保存下來的星雲稀有氣體。碳質球粒隕石和富氣的普通球粒隕石中的各種俘獲氣體成分如表。
表中A類為隕石母體形成時俘獲的星雲氣體,屬行星型組分；B類存在於所有富氣隕石以及月塵和月球角礫岩中，主要是注入的太陽風稀有氣體；C類是直接注入的太陽耀斑氣體,主要為高溫釋出成分；D類為原始星雲成分；E類是一種特殊的富含Ne的俘獲Ne成分(Ne-E),它可能是太陽系早期核素合成事件的產物，屬前太陽成因，反映太陽系原始同位素不均一性。