王非等Ar定年技术与方法

　　深空探测的一项重要研究内容是理解行星、太阳系乃至宇宙的起源与演化，这是预测地球未来的演化方向、人类宜居环境可持续发展的关键。在这一研究中，时间是核心科学问题。因此，对行星表面物质的年龄测定是第一步，可以说，深空探测的一项重大科学任务就是对行星表面进行年龄测定。
　　＂冲击坑产率定年法＂是目前行星表面年龄研究的主要方法，但该方法精度低，误差大，且不能区分同一区域不同岩性的年龄。2012年，美国＂好奇号＂火星探测器首次将K-Ar同位素定年法应用到了火星表面物质的定年中，开启了行星表面同位素原地定年的新时代。但＂好奇号＂并没有携带一个所谓的＂定年仪＂，其K和Ar含量分别由通用的地球化学子系统进行分析，最后计算年龄。就可靠的年龄测定而言，其方法存在下面几个问题：第一，单次测定，无法使用等时线技术而使得年龄可靠性无法判定；第二，对全岩样品加热萃取气体，忽略了样品不均匀性问题；第三，热解炉温度有限，导致气体萃取不完全，造成年龄偏低；最后，由于无法扣除＂初始Ar＂，不得不假定样品中所有的Ar全部为矿物形成后累积的放射性成因Ar，因此该年龄的地质意义非常不明确。
　　针对上述问题，中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化重点实验室王非研究员等和中国科学院国际空间科学中心李宝权研究员合作，基于国际深空探测计划中行星表面原地定年的成功经验与暴露的问题，提出了一种新的行星表面原地定年方法，并据此设计研发了适用于深空探测特殊条件的定年方案（图1）, 为我国即将开展的地外行星探测、月球科学基地等深空探测任务提供了技术支撑。
　　图1 深空探测K-Ar远程定年技术方案示意图。LIBS系统包括激光器、光谱仪、3D轮廓测量成像仪和样品室，QMS系统包括小型气体纯化系统和四极质谱仪
　　该方案采用激光诱导击穿等离子光谱和四极质谱组合技术系统(LIBS-QMS)，以王非研究团队提出的新方法＂激光无稀释剂K-Ar法＂和发明专利＂一种适用于深空探测的激光样品室＂为方法技术依托，采用灵敏度特征曲线法同时测定K含量和Ar同位素成组成，最终获取可靠的K-Ar年龄。该方案还描述了地外行星物质中广泛存在的碳氢化合物和氯化氢对Ar同位素测定的影响及校正方法。
　　该方案充分发挥了激光采样的高温、高效特性，对同一样品进行多次微区分析，从而可以利用反等时线法获取＂绝对＂年龄，克服＂好奇号＂的技术方法所存在的一系列问题，目前地面验证系统正在研发中。
　　研究成果发表于国内学术期刊《矿物岩石地球化学通报》（王非，杨列坤，李宝权，师文贝，王银之. 深空探测行星表面K-Ar定年: 技术与方法[J]. 矿物岩石地球化学通报，2021, 40(6):1304-1312. DOI: 10.19658/j.issn.1007-2802.2021.40.091）。
　　美编：陈菲菲
　　校对：姜雪蛟