激光痕量分析助力科研人員發現百萬年前地下“化石”水

記者從中國科學技術大學獲悉，該校合肥微尺度物質科學國家研究中心激光痕量探測與精密測量研究組胡水明教授、楊國民博士與國際原子能組織（IAEA）等單位合作，在華北平原深層地下水研究中取得重要進展，相關成果於近日在線發表在《地球與行星科學快報》上。

該項目在華北平原多個地區采集了深層（300—700米）地下水樣品，並分離其中溶解的微量氪氣，通過測量其中長壽命同位素氪81的含量，確認該地區的深部地下水年齡；並通過比較地下水中的氦、氖的含量比和同位素組成，確定該地區地下水中90％的氦4由地殼原位生成；利用氪81的絕對年齡，估算氦4進入含水層的有效通量，校正了氦4測年模型。在這其中，氪81定年數據提供了關鍵的時間信息，確定了地下水中氦4的來源，測量出該地區最老的地下水達1百萬年，平均流速小於1米／年。

放射性同位素氪81，主要由宇宙射線和大氣中的穩定氪同位素反應生成，半衰期為23萬年。氪作為惰性氣體，在自然界中沒有化學反應、輸運機製簡單。進入地下水中的氪81跟大氣隔離接觸後，濃度隨著時間推移而不斷衰變減少。在5萬—130萬年範圍內，氪81是最理想的測年同位素。但由於同位素豐度極低，它的檢測極為困難。

科研人員首次提出激光冷原子阱痕量分析方法，利用激光冷卻、俘獲特定同位素原子，並進行單原子計數，從而獲得同位素的含量。中國科大研究團隊與地質研究單位合作，在國內多個大盆地進行了地下水測年研究。此前該課題組與中國科學院地質與地球物理研究所龐忠和研究組合作，用氪81方法測定了關中盆地鹹陽地區地熱水的年代，發現地熱水年齡在30萬—130萬年之間。迄今為止，這是國內僅有的兩處被確認“化石”水。

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