给远古的时钟上发条:如何融化一种物质重置其放射性时钟?

如何融化一个小行星使其可以“重置”原子钟呢?一篇关于一颗来自月球的陨石文章能够列出它在月球上所经历的主要撞击活动,并且与之相会。文章指出,这是有可能的,因为每次的撞击活动都融化了一部分陨石,并因此该部分的原子钟被重置。

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那么如何融化一颗石头致其腐蚀的放射性恢复到原来的形态呢?当我们熔化铅的时候,它不会还原成铀。同样的问题也适用于太阳系的相会。难道放射性元素不应该自从它们在远古超新星中爆炸存在后就已经衰变了80亿年,120亿年了吗?

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在固体状态下,所有的东西都被很好地锁定在适当的位置,以致于相对较少的粒子可以逃逸。然而,在液体或气体状态下,粒子可以四处移动并蒸发。由于放射性衰变的原因,物质在开始时含有比化学含义上有利的更多的子同位素的数量,因此其中一些会逸出,使物质达到平衡。

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由此想到冻结在冰块上的气泡 – 固体冰阻碍了空气的逸出,但当冰块融化时,空气便会逃逸,因为在没有气泡的情况下,整个系统的能量较低。(在凝固过程中,由于母子同位素的结晶不同,可能会发生进一步的分离)。这便意味着关于熔化前发生了多少衰变的信息数据就会丢失。

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由此可见,如果我们能够确定物体在凝固时存在的子同位素的数量,我们也只能计算出融化的时间。还有一种方法是找到另一种不参与放射性衰变的同位素(称之为同位素B,用于钻孔),找到一种非放射性岩石(或最近处于液态状态的岩石),然后测量子同位素与同位素B的比率。

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这个比例对于任何处于平衡状态的物质材料都是一样的, 所以比例值是样品凝固时的比例。 然后, 您将测量陨石中的同位素 B 的含量 (或其他内容), 并将其乘以平衡比, 从而得到凝固时的子同位素量。如果你从在样品中测量的子同位素总量中减去这个值, 你就得到了自凝固以来的放射性衰变而产生的子同位素量, 这将告诉你凝固用了多少时间。

相关知识

同位素是某种特定化学元素之下的不同种类,同一种元素下的所有同位素都具有相同,质子数目相同,但中子数目却不同。这些同位素在化学元素周期表中占有同一个位置,因此得名。 例如氢元素中氘和氚,它们原子核中都有1个质子,但是它们的原子核中分别有0个中子、1个中子及2个中子,所以它们互为同位素。

超新星是某些恒星在演化接近末期时经历的一种剧烈爆炸。这种爆炸都极其明亮,过程中所突发的电磁辐射经常能够照亮其所在的整个星系,并可能持续几周至几个月才会逐渐衰减。而在此期间,一颗超新星所释放的辐射能量可以与太阳在其一生中辐射能量的总和相当。恒星通过爆炸可以将其大部分甚至几乎所有物质以高至十分之一光速的速度向外抛散,并向周围的星际物质辐射激波。这种激波会导致一个由膨胀的气体和尘埃构成的壳状结构形成,这被称作超新星遗迹。超新星是星系引力波潜在的强大来源。初级宇宙射线中来自超新星的占了很大的比例。

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