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每年有大量的宇宙尘降落到地表,并携带着丰富的宇宙信息。长期以来,对深海岩芯中的宇宙尘研究较多,而对陆相沉积物中的宇宙尘研究较少。
粒径小于10μm的宇宙尘含有较地表沉积物高的稀有气体同位素3He/4He比值和3He浓度,地表物质3He/4He比值不足0.1 Ra(Ra即“air ratio”,是大气中3He/4He比值,Ra=1.4×10-6),而宇宙尘的3He/4He比值却大于100Ra。本文从稀有气体同位素的角度、以典型的洛川黑木沟黄土剖面为研究对象,对磁性地层B/M和M/G界线附近的8个样品进行了氦同位素测试,以探索陆相沉积物黄土的宇宙尘纪录。自然界中He主要由元素合成阶段形成的He、宇宙成因He和放射性成因He三部分组成,其中宇宙成因的3He/4He比值可达2×10-1,远远高于地表物质正常的He同位素比值。因此,宇宙尘的加入可以造成地壳物质的3He/4He比值异常增高。
对8个样品的原岩样、提取的磁性矿物和石英颗粒分别进行了测试。提取磁性物质采用物理的方法即磁棒提取;对石英颗粒的分离,主要采用氟硅酸浸泡腐蚀其它物质的方法。测试工作是在中国科学院兰州地质研究所气体地球化学国家重点实验室进行,测试所使用的仪器为英国产MM5400磁偏转静态真空质谱计,在测试中,采用“标准样—样品—标准样”的程序。对提取的磁性物质、石英颗粒和原岩样共三组样品进行测试,结果显示其磁性部分的3He/4He比值较陆壳值普遍偏高,3He、4He含量也均明显偏高,特别是3He,磁性颗粒部分的值比石英部分的高出了1个数量级左右,比全岩部分也高出了近1个数量级。3He的含量从0.63×10-11cm3STP/g到2.97×10-11cm3STP/g,与1964年Merrihue首次从深海沉积物中的磁性部分检测出的高浓度3He(~10-11cm3STP/g)达到了同一个数量级(Merrihue,1964)。可以认为,有额外的3He源补充而提高了3He/4He值,并且外加源的3He/4He值很高,可能就是由于宇宙尘加入。尽管黄土的堆积速率较大,但研究结果显示黄土序列对宇宙尘事件还是有所记录。此外,洛川黄土B/M界线附近的研究结果显示微玻璃陨石的存在(李春来等,1994),因此,黄土中磁性物质的高3He/4He比值可能是由于冲击尘埃中含有的铁质宇宙尘的加入改变了正常黄土粉尘物质He同位素所致。