通過年輪，我們可以判斷出樹木的年齡;通過牙齒，我們可以判斷馬、象和鯨等大型動物的年齡;那么，石頭的年齡，我們怎樣才能知道呢?裂變徑跡定年法是把“利劍”。

3月29日，記者從中國科學(xué)院青藏高原研究所獲悉，利用俄羅斯杜布納聯(lián)合核子研究所的快重離子加速器、美國阿貢實(shí)驗室原位離子輻照等大科學(xué)裝置，并將離子加速器與透射電鏡相連，該所研究人員在國際上首次直接觀察到核徑跡在高能離子轟擊下半徑縮小、長度變短的完整過程。相關(guān)研究成果發(fā)表于《地球化學(xué)與宇宙化學(xué)學(xué)報》。

為了更精準(zhǔn)地限定巖石的年齡，進(jìn)而分析解讀地球和生命的演化，數(shù)十年來，科學(xué)家一直在尋找一把“利劍”。

上世紀(jì)60年代，國外科學(xué)家將核物理中的裂變徑跡引入到地質(zhì)、地球化學(xué)領(lǐng)域，利用核物理中的裂變產(chǎn)生的核徑跡進(jìn)行定年。如今，裂變徑跡定年法已經(jīng)成為巖石年齡測定和熱歷史分析的重要方法。

所謂裂變徑跡，是指礦物中微量鈾-238自發(fā)裂變后，高速運(yùn)動的核子在礦物中產(chǎn)生長度大約為20微米的損傷痕跡。在光學(xué)顯微鏡下，研究人員可以觀察到經(jīng)化學(xué)蝕刻放大后的裂變徑跡。

那么，為什么裂變徑跡可以限定巖石的年齡呢?

論文第一兼通訊作者、中國科學(xué)院青藏高原研究所研究員李偉星解釋道，裂變徑跡具有“退火”特性，也就是當(dāng)?shù)刭|(zhì)環(huán)境受熱時，損傷恢復(fù)，徑跡縮短、密度下降甚至完全消失，據(jù)此便可限定巖石形成的時間和溫度歷史。“這是判定巖石年齡及熱史分析的基本假設(shè)。”李偉星強(qiáng)調(diào)。

然而，有科學(xué)家在2005年推測，在鈾-238和釷-232衰變所釋放的高能粒子轟擊下，裂變徑跡的數(shù)量會變少或長度會變短，這種非熱輻照引起的退火現(xiàn)象會使裂變徑跡測量年齡偏年輕，直接影響裂變徑跡定年法在板塊、地形及盆地演化分析中的廣泛應(yīng)用。

“由于該推測一直缺乏實(shí)驗證據(jù)的支持，是領(lǐng)域內(nèi)頗具爭議的科學(xué)問題。”李偉星說，爭議的核心是熱退火和輻照退火都可能阻礙蝕刻液在裂變徑跡中前進(jìn)，導(dǎo)致裂變徑跡蝕刻長度縮短，而常規(guī)蝕刻方法無法區(qū)分這兩種退火。

為此，研究人員巧妙設(shè)計實(shí)驗，將透射電鏡與離子加速器相連，在國際上首次直接觀察到核徑跡在高能離子轟擊下半徑縮小、長度變短的完整過程。

這一創(chuàng)新方法不需要蝕刻徑跡，就可以直觀地研究裂變徑跡的輻照退火效應(yīng)。同時，原位離子輻照可以在不加熱條件下進(jìn)行，解決了蝕刻方法無法區(qū)分輻照退火和熱退火的難題。

李偉星表示，該研究是典型的學(xué)科交叉研究，涉及材料與核工程、地質(zhì)專業(yè)，對地質(zhì)學(xué)、石油勘探等科學(xué)實(shí)踐應(yīng)用中利用裂變徑跡準(zhǔn)確限定巖石年齡、提高熱歷史分析精度具有重要意義。