歷史地質學/宇宙成因表面測年

瑞典科斯特哈維國家公園，一個由冰川作用暴露的地表。

在本文中，我們將討論宇宙成因表面測年的技術和應用。

應用

與其他測年方法不同，這些方法告訴我們岩石形成至今有多長時間，而宇宙成因表面測年告訴我們岩石暴露在地表的時間有多長。

在某些情況下，例如當岩石是熔岩流時，這相當於同一件事。但是，岩石還有其他暴露方式，例如當冰川侵蝕覆蓋基岩的沉積物時：當冰川融化時，基岩將暴露出來。

宇宙成因同位素

在關於放射性碳測年的文章中，我們已經介紹了一種宇宙成因同位素，¹⁴C，它是由來自¹⁴N的宇宙射線產生的。

對於宇宙成因表面測年，最常用的兩種同位素是宇宙成因同位素¹⁰Be，它是從¹⁶O產生的，其半衰期為139萬年；以及²⁶Al，它是從²⁶Si產生的，其半衰期為717,000年。

方法

由於我們使用的同位素具有較短的半衰期，因此如果一塊岩石埋藏了數百萬年，這些同位素的含量將微不足道。但當岩石暴露在地表，從而暴露在宇宙射線下時，這些宇宙成因宇宙成因同位素將在岩石中開始積累。

它們積累的速率取決於許多因素，包括

• 岩石的暴露程度。附近障礙物，例如山脈，會遮蔽來自該方向的宇宙射線，從而減少宇宙成因宇宙成因同位素的產生。

• 岩石的海拔。如果岩石位於山頂，那麼宇宙射線穿過的大氣層較少，因此更多宇宙射線將能夠到達岩石而不會在大氣層中被吸收。

• 我們採集樣品的深度。宇宙射線可以穿透岩石或土壤幾米，但它們傳播的越遠，被吸收的可能性就越大，因此，如果岩石樣本是從地表採集的，而不是從一米深處採集的，那麼它會受到更多宇宙射線的照射。

如果我們考慮所有相關因素，並計算、估計或簡單地測量給定岩石每年暴露的宇宙射線量，以及測量岩石樣本中宇宙成因宇宙成因同位素的含量，那麼我們就可以確定岩石暴露的時間有多長。

方法的侷限性

岩石中相關同位素的含量不會隨著岩石暴露在宇宙射線下的時間越來越長而無限增長；相反，它們會趨向於最大值（長期平衡）：宇宙成因宇宙成因產生的不穩定同位素與其透過衰變而破壞的速率相等。實際上，我們無法區分達到此最大值的99.9%的岩石和達到99.99%的岩石。因此，宇宙成因表面測年的實際限制似乎約為1000萬年；在此之後，一塊古老的岩石看起來與另一塊古老的岩石沒什麼兩樣。由於我們測量相關同位素含量的精度的實際限制，該方法的應用下限似乎約為十年。