原子阱解锁定年新工具：钙-41测定冰碛暴露年龄
发布时间: 2026-04-30 11:11:02
近日，中国科学技术大学蒋蔚、卢征天教授团队与黄方教授团队合作，在Science Bulletin上发表了题为“41Ca exposure dating of glacial moraines”的研究成果。研究团队利用原子阱痕量分析技术，成功测定了青藏高原冰碛样品的41Ca同位素丰度，实现了对样品的暴露定年，为青藏高原冰川演化研究提供了一种全新工具。
图1.41Ca是一种宇宙成因放射性定年同位素，可以用来解读地质环境（如冰川地貌）的形成与演化历史。
宇宙射线穿越大气层，持续轰击地球表面，会在地表岩石中生成一类特殊的核素——宇宙成因核素。这些核素如同大自然赋予的“时钟”，记录着岩石暴露于地表的时间信息，可用于解析冰川进退的演化历史。当冰川消退后，原本被冰川覆盖的岩石暴露出来，开始以特定的速率积累宇宙成因核素。通过测量岩石中这类核素的浓度，科学家就能推断出冰川消退的时间。
钙-41（41Ca）是一种半衰期为10万年的宇宙成因核素，自然丰度极低（10-15以下），远超传统分析技术的探测极限。中国科大研究人员开发了一种基于激光的超灵敏同位素分析手段——原子阱痕量分析法（Atom Trap Trace Analysis,简称ATTA）。该方法能够“捕获”单个41Ca原子并进行逐一计数，成功测量了低至10-17的同位素丰度，解决了41Ca的探测难题【Nature Physics 19, 904 (2023)】。
图2.孙伟伟博士正在检查41Ca原子阱装置。
基于这一技术，研究团队开展了41Ca暴露定年的应用研究。他们从青藏高原东部的两处冰川遗迹中采集了花岗岩冰碛样品（即古冰川消退后遗留的岩石堆积），并对其进行41Ca分析。测量结果显示，两处冰碛的41Ca浓度存在显著差异，分别对应于约1.3万年前和3.3万年前的冰川活动事件。同时，这一工作也展示了41Ca同位素在评估岩石侵蚀速率、揭示冰碛复杂暴露历史方面的潜力。
图3.冰碛样品经41Ca原子阱分析后，根据其丰度随时间的积累曲线确定其暴露年龄。
中国科学技术大学蒋蔚教授、黄方教授为该论文的共同通讯作者，中国科学技术大学孙伟伟博士、深空探测实验室明国栋博士为该论文的共同第一作者。该工作得到了科技部、国家自然科学基金委、中国科学院、安徽省及合肥市的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.scib.2026.03.052
（物理学院、地球和空间科学学院、微尺度物质科学国家研究中心、科研部）
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