德国科隆大学研究宇宙成因氪揭示古地貌演化过程

科隆大学与哥廷根大学的地球科学家合作，开发出一种创新地球化学方法，用于研究地貌的长期演化过程：通过分析宇宙成因的氩气——一种稀有的惰性气体，可以揭示沉积物在地表经历的风化、搬运与滞留时间。

在科隆大学稀有气体实验室中，研究人员对实验所需的氙气样本进行了精确分析。

该国际研究团队以科隆大学为主要参与方，成功建立了一种全新的技术手段，能够重建数千万年以来陆地景观的演变历史，并确定沉积物在地表暴露的时间长度及其最终沉积的年代。通过对锆石矿物内宇宙成因氪的测定，研究首次实现了对数百万年间沉积物搬运过程与地表滞留时间的定量化描述。宇宙成因氪是一种稀有惰性气体，由地表矿物受宇宙射线照射而产生。因此，对其含量的分析能够反映这些矿物暴露于地表的时间长短。相关研究成果以《利用碎屑锆石中宇宙成因氙示踪古地貌演化》为题，发表于权威学术期刊《美国国家科学院院刊》。论文中，研究者系统阐述了如何通过测定特定微小矿物中的宇宙成因氙，定量重建距今约4000万年前的景观变迁。

本研究以南澳大利亚尤克拉盆地多个钻孔的沉积样本为基础，该区域是全球最重要的锆石矿藏区之一。团队将稳定宇宙成因氪同位素测量与既有的锆石铀-铅定年技术相结合。铀-铅定年法通过测定锆石等坚硬矿物中铀衰变为铅的过程，可确定矿物形成于数百万甚至数十亿年前的具体时代。铀-铅年龄主要反映矿物的物质来源信息，而宇宙成因氪则能指示矿物在地表或近地表受宇宙射线辐照的时长——这直接关联着沉积物在搬运、存储和侵蚀过程中的历史轨迹。

分析结果显示，这些锆石在最终沉积前，曾在地表经历超过百万年的暴露与滞留。尤为值得注意的是，在中新世早期（约5600万至3400万年前）全球高温时期，沉积物输送模式发生了显著转变：从长期滞留、强烈风化的沉积状态，转变为后期滞留时间较短、搬运活跃的动态阶段。这一转变与同期海平面波动及构造活动密切相关，反映了区域景观动力学机制的根本性重组。研究表明，在地质时间尺度上，气候变迁、构造运动与沉积物输运三者之间存在紧密的耦合关系。

科隆大学地质与矿物学研究所的蒂博尔·J·杜奈教授指出：“我们在科隆建立的锆石宇宙成因氪测定方法，首次实现了对古老地质系统中碎屑锆石地表历史的定量刻画。以往受限于常用宇宙成因核素较短半衰期，此类长时间尺度的研究难以开展。”

从长远来看，该方法为探索古老且构造稳定的大陆地壳演化开辟了新的途径——这些地区的陆表历史以往仅能部分定量重建。研究团队预期，宇宙成因氪技术未来可广泛应用于其他区域，帮助人类更系统地理解数百万年以来气候与环境变化对地表过程的深远影响。