气体.同位素地球化学分享 http://blog.sciencenet.cn/u/lzp630 中国矿物岩石地球化学学会气体地球化学专业委员会致力于传播和普及元素和同位素地球化学知识,提高公众的科学素养,让公众了解和关 ...

博文

矿物的封闭为什么同一种矿物(锆石),既能当“高温计时器”(U-Pb),又能当“低温计时器”(U-Th/He)温度

已有 165 次阅读 2026-2-28 17:51 |个人分类:地球科学|系统分类:科研笔记

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)/HeApatite~60–80近地表剥蚀/抬升时间(通过 ~2–3 km 深度)
Fission TrackApatite~60–120通过 PAZ(部分退火带)后的冷却时间
(U-Th)/HeZircon~170–200中低温抬升/冷却历史
⁴⁰Ar/3⁹ArBiotite~300–350变质退变质或热事件冷却年龄
U-PbZircon>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

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。

2. 为什么非要选锆石?

既然是为了看低温,为什么不选别的,偏偏还用锆石?

  1. 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。

  2. 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。

  3. 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。

3. 形象比喻:水泥墙里的“铅球”与“氢气球”

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



https://blog.sciencenet.cn/blog-3549522-1523861.html

上一篇:常见的同位素定年方法概括简表
下一篇:Ar-Ar 定年常用矿物阶梯表
收藏 IP: 221.216.201.*| 热度|

0

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (0 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2026-2-28 20:13

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部