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| 系统 / 方法 | 矿物 | 典型 Tc(°C) | 表观年龄的地质含义(典型情况) |
|---|---|---|---|
| (U-Th)/He | Apatite | ~60–80 | 近地表剥蚀/抬升时间(通过 ~2–3 km 深度) |
| Fission Track | Apatite | ~60–120 | 通过 PAZ(部分退火带)后的冷却时间 |
| (U-Th)/He | Zircon | ~170–200 | 中低温抬升/冷却历史 |
| ⁴⁰Ar/3⁹Ar | Biotite | ~300–350 | 变质退变质或热事件冷却年龄 |
| U-Pb | Zircon | >900 | 通常接近结晶年龄(高温下 Pb 扩散极慢) |
为什么同一种矿物(锆石),既能当“高温计时器”(U-Pb),又能当“低温计时器”(U-Th/He)?
答案在于:定年体系的封闭温度并不取决于“矿物本身”,而取决于“被测量的子体核素是谁”。
通过以下三个层面来拆解这个科学逻辑:
1. 核心差异:谁被“锁”住了?锆石就像一所房子。不同的定年体系,看的是这所房子里不同的“租客”。
U-Pb 体系(看铅 Pb): 铅原子相对较大,且与晶格结合得非常紧。要让铅原子从锆石晶格里跑出来,需要把房子“烧塌”(温度达到 900°C 以上)。所以它是高温体系。
U-Th/He 体系(看氦 He): 氦是惰性气体,原子极小。它在晶格里待不住,只要房子稍微“暖和”一点(温度达到 170-200°C),氦原子就会像烟雾一样从砖缝里飘出去。所以它是低温体系。
2. 为什么非要选锆石?结论: 矿物只是载体。因为 He气极易扩散,所以 (U-Th)/He 体系天生就只能记录低温历史。
既然是为了看低温,为什么不选别的,偏偏还用锆石?
母核素极其丰富: 锆石天生富集 U 和 Th。这意味着它能产生足够多的 He 气供实验室提取和测量。
物理化学稳定性: 锆石非常“硬”。虽然 He 气会跑,但锆石矿物本身在风化、搬运过程中不容易坏。这保证了我们测到的 He 是因为“热”跑掉的,而不是因为“房子破了”漏掉的。
双钟对比(最牛的一点): 同一颗锆石,我们可以先测 U-Pb 得到它的“生日”(形成年龄),再测 (U-Th)/He 得到它的“离家时间”**(抬升冷却年龄)。这种“双体系定年”能提供岩石从深部到浅部的完整生命轨迹。
想象你把一个铅球和一个氢气球都封在一堵水泥墙里:
铅球(Pb): 除非你用炸药把墙炸掉(高温熔融/极高变质),否则铅球永远在那。这就是 U-Pb 定年。
氢气球(He): 墙不用倒,只要天气热一点,水泥缝隙变大,氢气就会慢慢渗出去。你回来看剩下的氢气量,就能推算这墙是什么时候变凉、变紧的。这就是 (U-Th)/He 定年。
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