历史地质学/宇宙成因表面测年

瑞典科斯特哈维国家公园，一个由冰川作用暴露的地表。

在本文中，我们将讨论宇宙成因表面测年的技术和应用。

应用

与其他测年方法不同，这些方法告诉我们岩石形成至今有多长时间，而宇宙成因表面测年告诉我们岩石暴露在地表的时间有多长。

在某些情况下，例如当岩石是熔岩流时，这相当于同一件事。但是，岩石还有其他暴露方式，例如当冰川侵蚀覆盖基岩的沉积物时：当冰川融化时，基岩将暴露出来。

宇宙成因同位素

在关于放射性碳测年的文章中，我们已经介绍了一种宇宙成因同位素，¹⁴C，它是由来自¹⁴N的宇宙射线产生的。

对于宇宙成因表面测年，最常用的两种同位素是宇宙成因同位素¹⁰Be，它是从¹⁶O产生的，其半衰期为139万年；以及²⁶Al，它是从²⁶Si产生的，其半衰期为717,000年。

方法

由于我们使用的同位素具有较短的半衰期，因此如果一块岩石埋藏了数百万年，这些同位素的含量将微不足道。但当岩石暴露在地表，从而暴露在宇宙射线下时，这些宇宙成因宇宙成因同位素将在岩石中开始积累。

它们积累的速率取决于许多因素，包括

• 岩石的暴露程度。附近障碍物，例如山脉，会屏蔽来自该方向的宇宙射线，从而减少宇宙成因宇宙成因同位素的产生。

• 岩石的海拔。如果岩石位于山顶，那么宇宙射线穿过的大气层较少，因此更多宇宙射线将能够到达岩石而不会在大气层中被吸收。

• 我们采集样品的深度。宇宙射线可以穿透岩石或土壤几米，但它们传播的越远，被吸收的可能性就越大，因此，如果岩石样本是从地表采集的，而不是从一米深处采集的，那么它会受到更多宇宙射线的照射。

如果我们考虑所有相关因素，并计算、估计或简单地测量给定岩石每年暴露的宇宙射线量，以及测量岩石样本中宇宙成因宇宙成因同位素的含量，那么我们就可以确定岩石暴露的时间有多长。

方法的局限性

岩石中相关同位素的含量不会随着岩石暴露在宇宙射线下的时间越来越长而无限增长；相反，它们会趋向于最大值（长期平衡）：宇宙成因宇宙成因产生的不稳定同位素与其通过衰变而破坏的速率相等。实际上，我们无法区分达到此最大值的99.9%的岩石和达到99.99%的岩石。因此，宇宙成因表面测年的实际限制似乎约为1000万年；在此之后，一块古老的岩石看起来与另一块古老的岩石没什么两样。由于我们测量相关同位素含量的精度的实际限制，该方法的应用下限似乎约为十年。