陨石的地球年龄,又称“落地年龄”或“居地年龄”,是指陨石坠落到地球表面后所经历的时间。由于陨石进入地球大气层后,不再受到初级宇宙线的照射,其体内的宇宙成因放射性核素会按放射性衰变规律逐渐衰减,因此可通过测定这些核素的剩余强度,结合衰变规律推算落地时间。
1. 核心原理
宇宙成因放射性核素(如¹⁴C、³⁶Cl、⁵³Mn、²⁶Al、¹⁰Be、⁵⁹Ni等)是陨石在宇宙空间中受到宇宙线照射时产生的。当陨石坠落地球后,宇宙线照射停止,这些核素开始按指数规律衰变(公式:( N = N_0 e^{lambda T} ),其中( N )为当前核素强度,( N_0 )为落地时核素强度,( lambda )为衰变常数,( T )为落地时间)。通过测量当前核素强度( N ),并估算落地时的初始强度( N_0 ),即可计算出落地时间( T )。
2. 常用放射性核素
不同核素的半衰期决定了其适用的时间范围,需根据陨石的预期落地年龄选择:
¹⁴C(半衰期5730年):适用于测定年轻的石陨石(落地年龄通常小于2万年),因半衰期较短,能精准反映近万年内的衰变过程。
³⁶Cl(半衰期3.00×10⁵年):适用于中等年龄的陨石(如数万年至百万年),对石陨石和铁陨石均有效。
⁵³Mn(半衰期3.7×10⁶年):适用于年龄较大的陨石(如百万年至千万年),尤其适合铁陨石的风化时间测定。
²⁶Al(半衰期7.2×10⁵年)、¹⁰Be(半衰期1.6×10⁶年):常用于补充验证,提高结果的准确性。
3. 测定步骤
样品采集与预处理:选择未受风化污染的陨石碎片(优先选取金属或硅酸盐矿物含量高的部分),去除表面氧化层和杂质。
放射性强度测量:使用加速器质谱仪(AMS)或液体闪烁计数器等设备,精确测定样品中目标核素的当前强度( N )。
初始强度估算:根据陨石的宇宙暴露年龄(陨石在太空中受宇宙线照射的时间,可通过其他 *** 如³He、²¹Ne等测定),结合宇宙线照射模型,估算陨石落地时的初始核素强度( N_0 )。
年龄计算:将( N )、( N_0 )、( lambda )代入衰变公式,计算出陨石的落地年龄( T )。
4. 结果特征
石陨石:因风化作用较快(尤其是表面矿物易受水、氧气侵蚀),落地年龄通常较短,多数小于2万年。
铁陨石:由于铁镍合金的抗风化能力强(不易被氧化或腐蚀),落地年龄较长,可达数百万年(如美国Lake Murray铁陨石的落地年龄为1.2亿年)。
南极陨石:因南极大陆极端寒冷、干燥的环境(几乎无风化作用),陨石的落地年龄远超过沙漠或地表陨石(通常小于5万年)。