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激光痕量分析助力科研人员发现百万年前地下“化石”水

本文摘要:记者从中国科学技术大学得知,该校合肥微尺度物质科学国家研究中心激光痕量观测与精密测量研究组胡水明教授、杨国民博士与国际原子能的组织(IAEA)等单位合作,在华北平原深层地下水研究中获得最重要进展,涉及成果于近日在线公开发表在《地球与行星科学快报》上。

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记者从中国科学技术大学得知,该校合肥微尺度物质科学国家研究中心激光痕量观测与精密测量研究组胡水明教授、杨国民博士与国际原子能的组织(IAEA)等单位合作,在华北平原深层地下水研究中获得最重要进展,涉及成果于近日在线公开发表在《地球与行星科学快报》上。该项目在华北平原多个地区收集了深层(300—700米)地下水样品,并分离出来其中沉淀的微量氪气,通过测量其中长寿命同位素氪81的含量,证实该地区的深部地下水年龄;并通过较为地下水中的氦、氖的含量比和同位素构成,确认该地区地下水中90%的氦4由地壳原位分解;利用氪81的意味著年龄,估计氦4转入含水层的有效地通量,校正了氦4测量年模型。在这其中,氪81以定年数据获取了关键的时间信息,确认了地下水中氦4的来源,测量出该地区最老的地下水约1百万年,平均值流速大于1米/年。放射性同位素氪81,主要由宇宙射线和大气中的平稳氪同位素反应分解,半衰期为23万年。

氪作为惰性气体,在自然界中没化学反应、输送机制非常简单。转入地下水中的氪81跟大气隔绝认识后,浓度随着时间推移而大大裂变增加。

在5万—130万年范围内,氪81是最理想的测量年同位素。但由于同位素金属量极低,它的检测十分艰难。

科研人员首次明确提出激光冻原子阱痕量分析方法,利用激光加热、俘虏特定同位素原子,并展开单原子计数,从而取得同位素的含量。中国科大研究团队与地质研究单位合作,在国内多个大盆地展开了地下水测量年研究。此前该课题组与中国科学院地质与地球物理研究所庞忠和研究组合作,用氪81方法测量了关中盆地咸阳地区地热水的年代,找到地热水年龄在30万—130万年之间。

迄今为止,这是国内仅有的两处被证实“化石”水。


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