颗粒破碎铀同位素年代技术的发展及其在风尘系统的中的应用

细颗粒物质的(234U/238U)比值反映颗粒自破碎以来经历的时间，在地表物质循环研究中具有巨大的应用潜力，是近年来快速发展的同位素体系之一。但是目前铀同位素破碎年代学还存在一系列理论与应用问题尚未解决。首先，由于没有独立的方法测量沉积物的破碎年龄，铀同位素破碎年代学的理论模型从未得到验证。虽然可以将破碎年龄分解为搬运时间与沉积年龄之和，在假设沉积物的反冲系数f值和搬运时间不变的情况下，根据(234U/238U)比值和沉积年龄之间的关系验证铀同位素破碎年代学。但是已有的沉积序列要么搬运时间变化大，或者要么没有良好的独立沉积年龄，导致无法获得(234U/238U)比值与沉积年龄之间良好的关系来验证铀同位素破碎年龄学。其次，对于自然界的矿物颗粒，反冲系数f值往往不同且难以确定。另外颗粒表面的吸附物质和次生矿物的化学前处理方法、沉积物风化作用和成岩压实作用等因素加大了颗粒铀同位素破碎年代学应用的复杂性。

南京大学表生地球化学教育部重点实验室基于中国黄土高原风成黄土堆积，建立了固体颗粒铀同位素的化学前处理清洗方法，得到了黄土颗粒的(234U/238U)比值与沉积年龄的良好关系(如下图)。结果表明，黄土颗粒(234U/238U)比值与沉积年龄的关系与理论预测一致，验证了铀同位素破碎年代学理论模型的正确性。该研究通过多种方法得到了比较一致的反冲系数f值，同时证实了风化作用和成岩压实作用对颗粒铀同位素的影响可以忽略，为铀同位素破碎年代学示踪物质地表过程的广泛应用提供了理论基础。并且根据铀同位素破碎年代学模型计算，黄土物质在沉积到黄土高原之前经历了约242ka的搬运时间，这可能是黄土物质组分在时间和空间上相对一致的原因。

该成果发表在地质学期刊《Earth and Planetary Science Letters》，题目为：“Uranium comminution age tested by the eolian deposits on the Chinese Loess Plateau”，论文第一作者为李乐博士生，通讯作者是李高军教授。该项目研究工作得到了国家自然科学基金委员会支持。