专家走进孙老师的课堂

2022-03-21

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专家信息：

李秋立 研究员

中国科学院地质与地球物理研究所研究员/实验室主任

研究方向：

原位微区同位素定年

主要成就：

2012年首届国家优秀青年基金；

2014年入选“万人计划”青年拔尖人才；

2017年第十二届“中国科学院杰出青年”称号。

研究项目：

1、嫦娥五号月球样品记录的20亿年前月球岩浆活动（Nature）；

2、国家战略性国际科技创新合作重点专项；岩石矿物微区实验测试关键技术联合研究。

孙老师：

  从这节课起，我们专家进课堂将开启一个全新的系列，叫做“如果石头会说话”。我们在网上征集了一些“如果石头会说话，你想听石头说什么？”的回答，排名第一的是“我想听石头说它的年龄有多大”，所以我特地请来了中国科学院地质与地球物理研究所的李秋立研究员，他不仅对地球上的石头有研究，还对月球上的石头有研究，同时，他也是定年方面的专家。那我们今天就欢迎李老师跟我们科普石头的年龄。

  李老师，你好。

李老师：

  孙老师好，同学们好。

孙老师：

  李老师，我想先问你一个问题，地球上最老的石头年龄是有多大呢？

李老师：

  我们问地球上的石头，你要真正说待在地球上就算的话，那最早的肯定是球粒陨石。球粒陨石的年龄是45.68亿年，4567、4568百万年，你可以这么记。我们讲说地球的石头，并不是地球表面的而已，地球的石头要说它自己形成的。地球它自己形成以后呢，这种时候都是通过陨石互相撞击、熔融，熔融了那不叫石头，叫岩浆，它结晶出来的石头，我们问这个年龄最老的是多少。如果我们找里边的一小块东西，岩石是由矿物组成的，那么我们找到里面最能记录年龄的矿物，现在是锆石。锆石记录最老的现在是44亿年，在澳大利亚。但是已经没有岩石的信息了，只有单个的锆石。那么拓展到岩石，还有其他矿物，这样的岩石在地球上就很少了，最老的在加拿大的阿特斯塔，那个地方是40亿年，很小的一块地方。接着的就是在格陵兰那边，有个37、38亿的。我们中国最老的是在鞍山，鞍山这个地方呢，一直说有38亿的，但是我们地质所已经对那里做了详细的地质工作，1:10000的地质填图，在局部地区进行了1:1000的填图，找到了两块、每一块有足球大的38亿的岩石。这是我们地球上的岩石。那我们地球上的岩石后期经历了那么多的风化、地质构造活动啊，已经把这些岩石基本上重置了，所以地球上留下的非常少。

孙老师：

  好的，其实昨天我已经把今天的主题发到了群里，同学们有特别多的问题想向老师请教，那么现在我们把时间交给同学们。

同学：

  李老师你好，我的问题是测量石头的年龄是需要在特定的化学环境下吗？

李老师：

  岩石有很多信息，你们总说的年龄是这块岩石的“出生年龄”。岩石有岩浆岩、变质岩、沉积岩，这里面最难定年的沉积岩，沉积岩是一堆土堆在那儿，啥时候压实的时间，那堆土从里面找个矿物定年，那是以前的矿物形成时间。我们所说的岩石啊，你们问的其实隐含最多的是岩浆岩，就是岩浆什么时候结晶冷却形成的年龄。对这种岩石定年的话，其实也没有说哪种方法是最好的，只能找到最适宜的。因为对一个岩石的定年，你需要几种，要知道岩石是什么性质的，里面包含哪些矿物，要用哪种放射性同位素体系，用哪种的分析技术，这四样联合起来。你像现在我们用离子探针做微区的，不需要超净的环境，我们是在那个矿物上直接介绍出里面的样品信息来测量。

孙老师：

  好，那我们下一个问题。

同学：

  李老师你好，我想问一下同位素定年一般是选用哪种元素，为什么要选这种元素？不同的岩石之间选用的元素有区别吗，为什么？

李老师：

  我们要定年不是选的哪种特定的元素，而是我们选的方法是什么，我们想测一个绝对年龄，测绝对年龄我们现在一般用的是放射性元素的衰变体系，这种衰变体系是成对的，是由一个母体衰变成某一个子体元素，那这样的放射性体系的元素对有十几种以上，你要定那一对的，每一种元素对相当于一把尺子，这个尺子有米尺、千分尺，你在测量的时候还得分古老的和年轻的，用哪把尺子更合适。你要是说长白山，千年大喷发，从历史上就记录了一千年前喷发的，如果用半衰期是44亿年的U-Pb就不行，就要找半衰期比较短的。汤加火山刚刚喷出来的火山灰如果要定年，就去年到现在一年时间，能不能做呢？你可以找那种半衰期几个月级别的元素对，你也可以把它做出来，所以用哪种元素要找，根据你的岩石特点要找最适合的。

孙老师：

  好的，谢谢李老师。

同学：

  李老师你好，我想问一下岩石的形成是一个相对比较缓慢的过程，而我们现在测的年龄又是一个比较绝对的数字，那我们是从什么时候开始计算石头“出生”了呢？

李老师：

  这是一个很好的问题。我们说岩石的形成是个缓慢的过程得看什么岩石，你要是说沉积岩是缓慢的，它从一个很松散的东西到压实成岩石可能经历上百百万年都是可能的，这在我们长城系一个巨厚的沉积层，它沉积、压实的过程会有有机质的释放，有机质会通过结核作用，会生长某一种矿物叫磷钇矿，这种矿物可以记录成岩的过程，我们通过对它的测年发现其真的持续了近一百百万年，这是沉积岩，时间很长的。岩浆岩要快得多，岩浆岩从岩浆到冷却下来的时间可能是非常短的时间了。我们测火山灰的时间可能是以月级别的，而我们这种级别我们的误差是百万年级别的，所以那个时间我们就可以当成瞬时就形成的了。还有一个，就是一些深成的岩浆岩，比如说花岗岩，它从岩浆岩固结下来要形成的时间比较长，这个时候我们可以测它结晶的锆石的年龄范围，用它的范围来反应它结晶的时序。一颗锆石初始到它整个固结下来，我们也做过一个技术含量很高的工作——从表层持续打下去，打到它的核来发现它的时间，可以持续五十万年，但五十万年也就0.5个百万年。实际上我们的年龄误差也是相当小的。我们说一个年龄数字的时候要记住，这是有一个误差在里面的。

孙老师：

  好的，谢谢李老师。因为时间关系我们今天的提问就到这里，希望以后有机会能够去李老师的实验室参观。

李老师：

  好的。欢迎各位同学。