通過(guò)年輪，我們可以判斷出樹(shù)木的年齡;通過(guò)牙齒，我們可以判斷馬、象和鯨等大型動(dòng)物的年齡;那么，石頭的年齡，我們?cè)鯓硬拍苤滥?裂變徑跡定年法是把“利劍”。
3月29日，記者從中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所獲悉，利用俄羅斯杜布納聯(lián)合核子研究所的快重離子加速器、美國(guó)阿貢實(shí)驗(yàn)室原位離子輻照等大科學(xué)裝置，并將離子加速器與透射電鏡相連，該所研究人員在國(guó)際上首次直接觀察到核徑跡在高能離子轟擊下半徑縮小、長(zhǎng)度變短的完整過(guò)程。相關(guān)研究成果發(fā)表于《地球化學(xué)與宇宙化學(xué)學(xué)報(bào)》。
為了更精準(zhǔn)地限定巖石的年齡，進(jìn)而分析解讀地球和生命的演化，數(shù)十年來(lái)，科學(xué)家一直在尋找一把“利劍”。
上世紀(jì)60年代，國(guó)外科學(xué)家將核物理中的裂變徑跡引入到地質(zhì)、地球化學(xué)領(lǐng)域，利用核物理中的裂變產(chǎn)生的核徑跡進(jìn)行定年。如今，裂變徑跡定年法已經(jīng)成為巖石年齡測(cè)定和熱歷史分析的重要方法。
所謂裂變徑跡，是指礦物中微量鈾-238自發(fā)裂變后，高速運(yùn)動(dòng)的核子在礦物中產(chǎn)生長(zhǎng)度大約為20微米的損傷痕跡。在光學(xué)顯微鏡下，研究人員可以觀察到經(jīng)化學(xué)蝕刻放大后的裂變徑跡。
那么，為什么裂變徑跡可以限定巖石的年齡呢?
論文第一兼通訊作者、中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所研究員李偉星解釋道，裂變徑跡具有“退火”特性，也就是當(dāng)?shù)刭|(zhì)環(huán)境受熱時(shí)，損傷恢復(fù)，徑跡縮短、密度下降甚至完全消失，據(jù)此便可限定巖石形成的時(shí)間和溫度歷史。“這是判定巖石年齡及熱史分析的基本假設(shè)。”李偉星強(qiáng)調(diào)。
然而，有科學(xué)家在2005年推測(cè)，在鈾-238和釷-232衰變所釋放的高能粒子轟擊下，裂變徑跡的數(shù)量會(huì)變少或長(zhǎng)度會(huì)變短，這種非熱輻照引起的退火現(xiàn)象會(huì)使裂變徑跡測(cè)量年齡偏年輕，直接影響裂變徑跡定年法在板塊、地形及盆地演化分析中的廣泛應(yīng)用。
“由于該推測(cè)一直缺乏實(shí)驗(yàn)證據(jù)的支持，是領(lǐng)域內(nèi)頗具爭(zhēng)議的科學(xué)問(wèn)題。”李偉星說(shuō)，爭(zhēng)議的核心是熱退火和輻照退火都可能阻礙蝕刻液在裂變徑跡中前進(jìn)，導(dǎo)致裂變徑跡蝕刻長(zhǎng)度縮短，而常規(guī)蝕刻方法無(wú)法區(qū)分這兩種退火。
為此，研究人員巧妙設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，將透射電鏡與離子加速器相連，在國(guó)際上首次直接觀察到核徑跡在高能離子轟擊下半徑縮小、長(zhǎng)度變短的完整過(guò)程。
這一創(chuàng)新方法不需要蝕刻徑跡，就可以直觀地研究裂變徑跡的輻照退火效應(yīng)。同時(shí)，原位離子輻照可以在不加熱條件下進(jìn)行，解決了蝕刻方法無(wú)法區(qū)分輻照退火和熱退火的難題。
李偉星表示，該研究是典型的學(xué)科交叉研究，涉及材料與核工程、地質(zhì)專業(yè)，對(duì)地質(zhì)學(xué)、石油勘探等科學(xué)實(shí)踐應(yīng)用中利用裂變徑跡準(zhǔn)確限定巖石年齡、提高熱歷史分析精度具有重要意義。
