国际研究团队利用CAMECA原子探针和离子质谱仪测定44亿年前澳大利亚锆石晶体的年龄和地球化学

一个由地球科学家组成的国际团队利用先进的微分析仪器，确定了来自澳大利亚西部的一小块锆石晶体碎片约有44亿年的历史，使其成为已确认的最古老的完整地壳碎片。这个比四根头发宽度大不了多少的晶体，通过CAMECA最新的原子探针断层扫描(APT)和二次离子质谱(SIMS)仪器进行了分析^®是AMETEK材料分析部门的一个部门^®公司。

由麦迪逊-威斯康星大学地球科学教授约翰·瓦利博士领导的研究团队在今年2月发表在该杂志上的一篇文章中披露了这一点自然地球科学在西澳大利亚的杰克山发现了一块400微米的锆石晶体，它是在44亿年前形成的，比太阳系的形成晚了1.6亿年。

这项研究建立在早期使用铅同位素信息确定澳大利亚锆石年代的研究基础上，并确定它们是地壳最古老的样本。这种半透明的红色锆石晶体在电子探针微分析过程中受到电子轰击时会发出蓝色的光，最近的研究证实它是地球上已知的最古老的物质。

地球本身被认为大约有45亿年的历史。领导这项研究的Valley博士说，该团队的研究结果加强了“早期地球很冷”的理论，当时的温度低到足以形成液态水、海洋和水圈，而在不到2亿年的时间里，地球的地壳从熔岩的海洋凝结而成。

该研究使用CAMECA LEAP进行^®(局域电极原子探针)4000X HR 3-D APT和IMS 1280™大几何离子微探针。这种独特的仪器组合使科学家们能够准确地确定锆石样品的年龄和热历史。这项研究还测量了氧的三种稳定同位素和微量元素组成。

锆石矿物是U-Pb(铀铅)年代学的“黄金标准”。它具有极强的耐变质性，能够经受多次风化、搬运和再沉积的循环作用。然而，由铀和钍同位素转化为铅的晶体内部的衰变会破坏原子结构，导致一些同位素在晶体内部移动，沿着晶体中的小缺陷扩散，这可能导致年龄计算错误。

Valley博士说，利用CAMECA的仪器对样品进行原子和微观分析发现，铅原子并没有像之前预测的那样在样品中随机分布，而是像“布丁里的葡萄干”一样聚集在一起。铅原子团簇是在结晶10亿年后形成的，那时一些铀已经衰变成铅，然后扩散成团簇。

“锆石形成于44亿年前，在34亿年前，当时存在的所有铅都集中在热点地区，这让我们可以像时间胶囊一样解读锆石的热历史，”Valley博士指出。这些直径不到50个原子的星团的形成、同位素比例和大小实际上就像一个时钟，证明了现有的地质年代学方法可以提供可靠和准确的样本年龄估计。

进一步的测量使科学家们能够确定锆石样本的氧同位素比例，为地球早期的均质化和后来的冷却提供了证据。

APT技术在分析锆石晶体方面具有独特的能力。它是唯一的材料分析技术，在原子尺度上提供广泛的三维成像和化学/同位素组成测量能力。自20世纪60年代发展以来，原子探针为材料科学的重大进步做出了贡献。

高性能LEAP 4000X HR™代表了最新一代的原子探针。它提供纳米尺度的表面，体和界面材料分析，原子的原子识别和精确的三维空间定位。

该系统的工作原理是场蒸发，因此对样品施加强电场足以引起电离去除原子。专有的单粒子探测可以通过飞行时间质谱和位置测定进行同位素识别。CAMECA的LEAP系统提供了高质量的数据，并通过预制Microtip™样品载体提高了易用性，该载体允许多个样品的制备、安装和加载到仪器中，以实现多实验场景下的最高效率。

CAMECA的IMS 1280-HR是一种大型几何离子微探针，提供无与伦比的分析性能，适用于广泛的应用。这包括使用稳定同位素跟踪地质过程，测定矿物年代，确定微量元素的存在，筛选和分析大量颗粒。

锆石长期以来一直被认为是最重要的地质年代仪，当研究地球历史的早期部分时，IMS 1280-HR的几个关键仪器特征——如高质量分辨率的高传输——使其成为U-Pb锆石定年的最佳工具。由于IMS 1280-HR具有同时检测几种同位素的独特能力，它还为锆石氧同位素测量提供了卓越的精度和可重复性。

关于CAMECA

CAMECA^®在材料微纳米分析科学仪器的设计、制造和服务方面拥有60多年的经验。自20世纪50年代开创电子探针显微分析(EPMA)仪器和60年代开创二次离子质谱(SIMS)仪器以来，CAMECA一直是无可争议的世界领导者，同时在低能电子诱导x射线发射光谱法(LEXES)和原子探针断层扫描(APT)等互补技术上实现了许多突破性创新。

CAMECA总部位于巴黎附近，在美国威斯康星州麦迪逊设有生产设施，负责LEAP APT的设计和制造，并在巴西、中国、英国、德国、印度、日本、韩国和台湾设有生产基地。CAMECA是AMETEK材料分析部门的一个业务部门^®公司是全球领先的电子仪器和机电产品制造商。

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