【汇旺担保】 陨石中的稀有气体

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[拼音]:yunshi zhong de xiyou qiti

[外文]:rare gases in meteorite

稀有气体(He、Ne、Ar、Kr、Xe等)在陨石和类地行星中的丰度很低,在多数情况下不参与化学反应。根据成因,可以将陨石中的稀有气体同位素划分为4种类型:长寿命放射性核素衰变产生的稀有气体;宇宙成因散裂稀有气体;已灭绝放射性核素产生的稀有气体;俘获稀有气体。研究陨石中稀有气体的元素和同位素组成,可提供太阳系演化中某些物理过程的资讯,有助于了解和阐明太阳系的演化规律。

长寿命放射性核素衰变产生的稀有气体

主要是长寿命的235U、238U、232Th、40K和147Sm等放射性核素衰变产生的4He和40Ar。根据其衰变关系,可计算陨石的形成年龄和气体保留年龄,研究陨石的热历史。

宇宙成因散裂稀有气体

陨石在行星际空间执行,受宇宙线照射,通过散裂反应产生各种稀有气体同位素,如3He、20Ne、21Ne、22Ne、38Ar、81Kr、124Xe、126Xe等。根据宇宙成因稀有气体的性质,可研究宇宙线的通量、能谱和成分,研究宇宙线诱发的各种高能核反应和低能核反应,计算陨石的宇宙线暴露年龄,推测陨石进入地球大气前的形状和大小,以及研究陨石的碰撞历史(见宇宙线化学)。

已灭绝核素产生的稀有气体

某些放射性核素如129I(半衰期1.7×107年)和244Pu(半衰期8.2×107年),由于其半衰期远小于太阳系年龄(45.7亿年),在太阳系物质中已不存在,故称为已灭绝的核素。但129I衰变生成的129Xe和244Pu自发裂变生成的各种Xe同位素仍存在于陨石中,由此导致陨石中129Xe和裂变Xe同位素的“过剩”。通过对这些衰变和裂变产物的研究,可获得已灭绝核素存在于早期太阳系的资讯。测定陨石中 I的浓度和过剩的129Xe,可用来确定陨石的形成间隔年龄,研究太阳系早期历史。244Pu自发裂变引起的Xe同位素异常,首先在帕萨蒙蒂无球粒陨石中发现,后来在许多无球粒陨石中也发现了这种异常,其同位素136Xe、134Xe、132Xe、131Xe的比值分别为1.00、0.92、0.90、0.29,与人工合成的244Pu的自发裂变Xe谱136Xe、134Xe、132Xe、131Xe的比值(分别为1.00、0.92、0.88、0.25) 相吻合。由陨石中244Pu产生的裂变Xe同位素,计算陨石形成时的244Pu/238Pu比值为 0.015。244Pu及其裂变产物也可用来计算陨石形成间隔年龄,研究太阳系早期历史。

俘获稀有气体

某些陨石含有特别高的稀有气体浓度,它们既不是地球形成时的产物,也不是散裂反应或核衰变的产物,而是陨石物质中的一种特殊而原始的成分,被称为“俘获”稀有气体。通常认为俘获稀有气体是太阳型稀有气体和行星型稀有气体的混合物。陨石中的太阳型稀有气体来自太阳风和太阳耀斑粒子,在陨石中佔很小的比例。行星型稀有气体在碳质球粒陨石中的绝对浓度很高,但在多数普通球粒陨石中的浓度较低。俘获稀有气体的同位素比值和相互比例与地球大气几乎相同,这表明它们是陨石母体形成时所储存下来的星云稀有气体。碳质球粒陨石和富气的普通球粒陨石中的各种俘获气体成分如表。

表中A类为陨石母体形成时俘获的星云气体,属行星型组分;B类存在于所有富气陨石以及月尘和月球角砾岩中,主要是注入的太阳风稀有气体;C类是直接注入的太阳耀斑气体,主要为高温释出成分;D类为原始星云成分;E类是一种特殊的富含22Ne的俘获Ne成分(Ne-E),它可能是太阳系早期核素合成事件的产物,属前太阳成因,反映太阳系原始同位素不均一性。

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