稀有同位素帮助解开阿根廷安第斯山脉的谜团

地球每一秒都受到大量宇宙射线的轰击——来自太阳和超新星爆炸等事物的看不见的亚原子粒子。这些高能、远距离的宇宙射线在进入地球大气层时与原子碰撞，并引发一连串的次级宇宙射线。

当次级宇宙射线穿透地球表面的上层时，它们会将矿物质中的元素(如氧气)转化为稀有的放射性同位素(或“宇宙成因放射性核素”)，包括铍-10(Be-10)和碳-14(C-14)。然后，科学家可以研究这些宇宙成因核素浓度的变化，以估计岩石在地球表面暴露了多长时间。

这反过来又使研究人员能够更好地了解行星过程，例如侵蚀速度 - 从一公斤的河沙中。

Gregory Hoke，雪城大学艺术与科学学院Jessie Page Heroy教授兼地球与环境科学系主任，麻省大学阿默斯特分校博士后研究员J.R. Slosson获得锡拉丘兹大学博士学位，以及普渡大学地球，大气和行星科学副教授Nat Lifton，最近与人合著了一项发表在《地球物理研究快报》上的研究。 分析阿根廷安第斯山脉样品中的宇宙成因放射性核素。

该项目的目标是记录物质在安第斯山脉山坡上停留的时间相对于河流流域的整体侵蚀速率。这些信息对于帮助科学家识别山体滑坡风险和了解气候变化将如何影响山坡上物质运输的动态至关重要，因为地区变得更加潮湿或干燥。

历史写在沙子里

为了确定侵蚀率，研究小组获得了在阿根廷中西部门多萨省和圣胡安省安第斯山脉东侧脚下收集的河沙样本。河沙应是收集样本的上游整个集水区(或径流区)的代表性、混合良好的样本。

在锡拉丘兹大学的Hoke实验室中，对沙子进行处理，将纯石英与样品中存在的其他矿物质分离出来。研究人员使用纯石英，因为它是Be-10和C-14的最佳来源。纯石英的分裂被送到布法罗大学和利夫顿的实验室，分别提取铍和碳。随后在普渡大学的PRIME实验室对C-14进行了测量，并在劳伦斯利弗莫尔国家实验室分析了Be-10，以计算出每种放射性核素的浓度。

距骨的故事

安第斯山脉最高的非火山峰位于智利圣地亚哥和阿根廷门多萨之间。排干高安第斯山脉的河流盆地海拔跨度为5，000米(16，500英尺)，其山坡上排列着被称为距骨和碎石的岩石碎片堆积。

由于Be-10和C-14按比例产生，但衰变速率大不相同，因此样品中的宇宙成因放射性核素浓度揭示了沉积物从裸露的岩石表面产生的速度(Be-10)以及通过山体滑坡从山坡上行进所需的时间(C-14)。

随着沉积物被动员并通过陆地滑坡掩埋，两种同位素的产生速度都会降低，但由于C-14的衰变速度比Be-1快000倍，它们的比例变化很快。这种比例变化使作者能够应用统计模型来确定材料沿着距骨斜坡行进的平均持续时间。

EES教授格雷戈里·霍克(Gregory Hoke)与人合著了一项研究，调查了物质在安第斯山脉山坡上存在的时间。

根据作者格雷戈里·霍克(Gregory Hoke)的说法，这是首批使用Be-10和C-14组合来显示沉积物产生的长期平均速率以及向下移动到和穿过河流所需的时间和过程的研究之一，从而更广泛地了解所涉及的因素。

“以前，我们几乎完全依靠在河流测量站进行的Be-10和沉积物浓度测量来估计平均侵蚀率，”Hoke指出。“吸引我们用C-14研究这些集水区的是规范和Be-10数据的一致性。我们希望看到这两种同位素和测量数据产生相同的速率，并证明山地侵蚀正在稳定状态下发生。

虽然Be-10的浓度在很长一段时间内如预期的那样恢复，但他们发现C-14远低于预期，这意味着从高山流域侵蚀的沉积物至少在7到15千年内免受宇宙射线的影响。作者解释说，在距骨斜坡上的临时储存最能解释C-14相对于Be-10的较低浓度。

“这项研究表明，使用C-14 / Be-10对可以填补观测时间尺度中的一个重要空白，这将山坡上真正发生的事情带入生活，”霍克说。

由于山体滑坡对人类和基础设施构成的风险，J.R. Slosson说，他们的结果表明，C-14在解开未来的沉积物运输动态方面可能具有重要意义，并可能有助于预测未来可能发生的山体滑坡。他解释说：“利用C-14和Be-10为了解山区沉积物运输的复杂性提供了一个新窗口，可以为评估地球表面过程的当代变化提供背景。

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