王菲和其他Ar定年技术和方法

深空探测的一个重要研究内容是了解行星、太阳系乃至宇宙的起源和演化，这是预测地球未来演化方向和人类宜居环境可持续发展的关键。在这项研究中，时间是核心科学问题。因此，确定行星表面物质的年龄是第一步。可以说，深空探测的一个重要科学任务就是确定行星表面的年龄。

“撞击坑产量测年法”是目前研究行星表面年龄的主要方法，但这种方法精度低、误差大，而且不能区分同一地区不同岩性的年龄。2012年，美国好奇号火星探测器首次将K-Ar同位素测年方法应用于火星表面物质的测年，开启了行星表面同位素原位测年的新时代。但是好奇号并没有携带所谓的“测年仪”，它的K和Ar含量是通过一个通用的地球化学子系统来分析的，最后计算出年龄。就可靠的年龄判定而言，其方法存在几个问题:一是由于判定单一，无法判定年龄可靠性；其次，整个岩样加热抽采气体，忽略了样品非均质性的问题；第三，热解炉温度有限，导致瓦斯抽采不完全，年龄偏低；最后，由于“初始Ar”无法扣除，不得不假设样品中的所有Ar都是矿物形成后积累的放射性Ar，因此这个年龄的地质意义非常不明确。

针对上述问题，中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化重点实验室的王菲研究员和中国科学院国际空间科学中心的李保全研究员进行了合作。基于国际深空探测计划的成功经验和暴露出的问题，提出了一种新的行星表面原位测年方法，设计并研制了适合深空探测特殊条件的测年方案(图1)，为我国即将开展的地外行星探测、月球科学基地等深空探测任务提供了保障。

该方案采用激光诱导击穿等离子体光谱和四极质谱联用技术系统(LIBS-QMS)。基于王菲研究团队提出的新方法“激光无稀释剂K-Ar法”和发明专利“一种适用于深空探测的激光样品室”，采用灵敏度特征曲线法同时测定K含量和Ar同位素组成，最终得到可靠的K-Ar年龄。该方案还描述了广泛存在于地外行星物质中的碳氢化合物和氯化氢对Ar同位素测定的影响及其校正方法。

该方案充分发挥激光采样高温高效的特点，对同一样品进行多次分析，从而利用反等时线法获得“绝对”年龄，克服了好奇号技术方法存在的一系列问题。目前，地面验证系统正在开发中。

研究成果发表在国内学术期刊《矿物岩石地球化学通报》(王菲、杨烈坤、、史文北、王·)。行星表面深空探测的K-Ar定年:技术与方法[J].矿物岩石地球化学通报，2021，40(6):1304-1312。DOI:10.19658/j . ISSN . 1007-2802.2021.40 . 091)。

编辑:陈菲菲

校对:蒋雪娇