2025年大學(xué)《行星科學(xué)》專業(yè)題庫——行星年齡與演化研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.在放射性定年過程中，衡量放射性同位素衰變快慢的物理量是？A.半衰期B.現(xiàn)存原子數(shù)C.子體同位素生成率D.接觸地?zé)崮?.下列哪種放射性定年方法最適合測定地質(zhì)年代較長（數(shù)十億年）的樣品，且能提供精確的絕對年齡？A.鉀-氬(K-Ar)定年法B.鈾-鉛(U-Pb)定年法（如鋯石）C.氬-氬(Ar-Ar)定年法D.鐵隕石中的鎳-磷同位素定年法3.某地質(zhì)樣品的母體放射性同位素初始含量為零（假設(shè)完全封閉），子體同位素初始含量不為零。這種情況下，最適合用來測定樣品形成年齡的放射性定年方法是？A.鈾-鉛總模式年齡B.鍶-鍶(Sr-Sr)定年法C.銅礦中的銫-134定年法D.氬-氬定年法（假定樣品未經(jīng)歷氬丟失）4.下列哪種現(xiàn)象或方法可以用來校正放射性定年過程中可能發(fā)生的母體丟失？A.利用不同類型的樣品進(jìn)行交叉驗證B.采用等時線法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理C.通過測量樣品的密度來確定初始母體含量D.對樣品進(jìn)行加熱實驗，觀察氬釋放曲線5.與球粒隕石相比，普通球粒隕石通常具有更復(fù)雜的同位素組成和更廣泛的年齡范圍，這主要反映了？A.它們經(jīng)歷了更強(qiáng)烈的后期加工作用B.它們形成了于不同的星云區(qū)域C.它們記錄了更早期的太陽系事件D.它們的放射性母體含量存在顯著差異6.地球最古老的巖石（如阿卡德期格林布利治群）的年齡通常被用來限定地球的形成年齡。為什么這些巖石的年齡通常不被認(rèn)為是地球形成的精確年齡？A.這些巖石可能受到了后期變質(zhì)作用的改造B.地球形成時可能是一個不規(guī)則的熔融體，并非所有物質(zhì)同時凝固C.這些巖石可能只是地球上最早形成的部分區(qū)域D.以上都是7.月球普遍存在的38gKr（由40Ar衰變產(chǎn)生）虧損，其成因最可能解釋為？A.月球形成初期存在強(qiáng)烈的火山活動，導(dǎo)致40Ar大量逃逸B.月球形成過程中經(jīng)歷了劇烈的撞擊加熱，導(dǎo)致40Ar大量逃逸C.月球在形成后不久經(jīng)歷過一次全球性的氬同位素分餾事件D.38gKr本身是一種不穩(wěn)定的同位素，在月球形成時就大量衰變損失8.在研究火星早期水活動時，科學(xué)家常利用火星巖石中的硫酸鹽礦物進(jìn)行定年。這種方法的優(yōu)勢在于？A.硫酸鹽礦物通常具有非常長的半衰期，適合測定數(shù)十億年的年齡B.硫酸鹽的形成與水的存在密切相關(guān)，定年結(jié)果可以指示水活動的時間窗口C.火星巖石中的硫酸鹽非常豐富，易于獲取樣品D.硫酸鹽定年方法比其他放射性定年方法更簡單、成本更低9.利用諧和圖（ConcordiaDiagram）進(jìn)行鈾-鉛定年（特別是鋯石U-Pb定年）的主要目的是？A.檢查樣品是否存在顯著的鉛丟失或鉛污染B.直接確定樣品的精確形成年齡C.計算樣品的放射性母體和子體的初始比率D.比較不同類型巖石的年齡差異10.如果一個樣品的Ar-Ar定年結(jié)果顯示年齡明顯低于其地質(zhì)形成年齡，最可能的原因是？A.樣品在測定期間持續(xù)受到放射性加熱B.樣品在形成后經(jīng)歷了后期加熱，導(dǎo)致氬丟失C.樣品在形成過程中包裹了外來的高齡氬D.定年儀器存在系統(tǒng)誤差，讀數(shù)偏低二、填空題1.放射性定年法的基本原理是利用放射性同位素衰變的__________和__________。2.在等時線法中，通過繪制不同樣品的__________與__________關(guān)系，如果數(shù)據(jù)點呈線性關(guān)系，則可以計算出樣品的絕對年齡。3.隕石是研究太陽系早期歷史的寶貴樣品，其中_____________被認(rèn)為是太陽系形成的“時間膠囊”。4.與月球相比，火星表面普遍缺乏水活動證據(jù)，其地質(zhì)記錄顯示火星可能經(jīng)歷了從早期活躍到后期__________的演化過程。5.鈾-鉛定年法中，使用鋯石作為樣品的主要優(yōu)勢在于鋯石具有極低的______________，能很好地記錄其形成時的同位素組成。6.放射性定年結(jié)果的不確定性主要來源于______________誤差和______________誤差。7.月球上的月海平原是由大面積的______________撞擊坑被熔巖覆蓋形成的。三、簡答題1.簡述封閉體系和非封閉體系放射性定年方法的主要區(qū)別及其對年齡測定結(jié)果的影響。2.解釋什么是“等時線法”，并簡述其在處理復(fù)雜地質(zhì)樣品年齡數(shù)據(jù)中的作用。3.比較鉀-氬(K-Ar)定年法和氬-氬(Ar-Ar)定年法的主要異同點。4.為什么說隕石（特別是球粒隕石）的年齡數(shù)據(jù)對于構(gòu)建太陽系早期演化時間表至關(guān)重要？四、計算題假設(shè)某巖石樣品的鈾含量為Xppm(百萬分之幾)，鉛含量為Yppm。已知鈾的衰變鏈為238U->206Pb，鈾的半衰期T?=4.47億年。請寫出計算該巖石絕對年齡的基本公式，并說明公式中各符號的含義。（不必計算出具體數(shù)值）五、論述題論述如何利用不同來源的行星樣本（如地球巖石、月球樣本、火星隕石、太陽系小行星樣本）的年齡數(shù)據(jù)，以及這些樣本所記錄的地質(zhì)事件信息（如撞擊坑、變質(zhì)相、火山活動等），來重建太陽系行星（以地球、月球、火星為例）的早期形成和演化歷史。在論述中，請至少提及三種不同的放射性定年方法及其在研究中的作用。試卷答案一、選擇題1.A2.B3.B4.B5.A6.D7.B8.B9.A10.B二、填空題1.半衰期；恒定率2.子體同位素含量；母體同位素含量3.球粒隕石4.活躍5.鉛丟失6.系統(tǒng)性；隨機(jī)性7.暗色熔巖三、簡答題1.解析思路：區(qū)分體系是否在定年期間保持封閉是關(guān)鍵。封閉體系意味著母體、子體和未衰變的母體之間沒有物質(zhì)交換。非封閉體系則發(fā)生了物質(zhì)交換（如母體丟失或子體/外來物質(zhì)加入）。封閉體系定年結(jié)果直接反映樣品形成時的年齡；非封閉體系定年結(jié)果則受到后期事件（如加熱導(dǎo)致母體丟失、變質(zhì)導(dǎo)致子體加入）的干擾，無法準(zhǔn)確反映真實年齡。答案要點：封閉體系指樣品在定年期間未發(fā)生母體或子體的丟失或加入；非封閉體系指樣品在定年期間發(fā)生了母體或子體的丟失或加入。非封閉體系定年結(jié)果通常需要特殊處理或被認(rèn)為是不可靠的。2.解析思路：等時線法是一種利用多個樣品共同繪制在“子體/母體”坐標(biāo)圖上，通過擬合最佳擬合直線（等時線）來推算樣品形成年齡和初始母體含量的方法。其核心思想是假設(shè)所有樣品在某個特定時間點（t=0）具有相同的初始母體含量，并且自那時起經(jīng)歷了相同的衰變過程。通過分析樣品點的離散程度和擬合線的斜率，可以判斷樣品的均一性并計算年齡。答案要點：等時線法是一種利用多個樣品的同位素數(shù)據(jù)繪制在子體/母體坐標(biāo)系中，通過擬合最佳直線來計算樣品形成年齡和初始值的方法。其假設(shè)是樣品初始母體含量相同且經(jīng)歷了相同衰變歷史。常用于處理受到后期變質(zhì)或蝕變改造的樣品。3.解析思路：比較兩種方法在原理、適用對象、精度、對初始?xì)?鉛處理等方面的差異。K-Ar法原理基于40K衰變到40Ar，簡單快速，但Ar易丟失導(dǎo)致年齡偏低，且易受后期加熱影響。Ar-Ar法原理基于40Ar*衰變到40Ar，同樣基于40K衰變，但通過自身釋放的Ar*進(jìn)行定年，克服了Ar丟失問題，精度更高，能更好識別后期事件，但實驗流程更復(fù)雜。答案要點：K-Ar基于40K->40Ar，簡單但Ar易丟失；Ar-Ar基于40Ar*釋放，克服Ar丟失，精度高，能更好識別后期事件，但更復(fù)雜。4.解析思路：強(qiáng)調(diào)隕石（特別是球粒隕石）被認(rèn)為是太陽系形成的原始物質(zhì)，其形成時間接近太陽系形成時間。通過測定不同類型隕石的年齡，可以了解太陽星云的演化速率和不同區(qū)域的形成歷史。地球和月球等大行星經(jīng)歷了劇烈的后期重熔和地質(zhì)作用，早期形成記錄被抹去，而隕石記錄了更早的信息，是構(gòu)建早期太陽系時間框架的關(guān)鍵依據(jù)。答案要點：隕石是太陽系早期形成的原始物質(zhì)，記錄了太陽系形成時的信息；球粒隕石形成時間早，接近太陽系形成年齡；測定隕石年齡可以了解太陽系早期演化和形成歷史；地球等行星早期記錄被破壞，隕石是研究早期太陽系的寶貴窗口。四、計算題解析思路：鈾-鉛定年基于鈾衰變鏈，即238U經(jīng)過多步衰變最終形成206Pb。樣品中測得的206Pb包含兩部分：一部分是自238U衰變產(chǎn)生的（即子體），另一部分可能是初始存在于樣品中的鉛（即初始鉛）。定年公式基于放射性衰變定律N(t)=N0*e^(-λt)，其中N(t)是當(dāng)前子體原子數(shù)，N0是初始母體原子數(shù)，λ是衰變常數(shù)，t是年齡。對于238U->206Pb，衰變常數(shù)λ=ln(2)/T?。將母體（238U）和子體（206Pb）的原子數(shù)分別用其質(zhì)量（ppm）乘以阿伏伽德羅常數(shù)和鈾/鉛的摩爾質(zhì)量換算，并代入公式變形，即可得到年齡計算公式。公式中X為鈾含量（ppm），Y為鉛含量（ppm），T?為鈾的半衰期。答案要點：基本公式為t=[ln(1+(Y/206)/(X/238))/λ]*T?。其中，X為樣品中鈾含量（ppm），Y為樣品中鉛含量（ppm），T?為238U的半衰期（4.47億年），λ為238U的衰變常數(shù)（ln(2)/T?）。該公式基于衰變定律，考慮了測量的鈾和鉛含量，通過計算鈾衰變產(chǎn)生鉛所需時間來定年。五、論述題解析思路：從不同行星樣本的來源和代表性入手，說明它們記錄了不同的地質(zhì)歷史信息。然后，重點闡述如何利用放射性定年方法（如U-Pb、Ar-Ar、K-Ar等）測定這些樣本的年齡，并將年齡數(shù)據(jù)與地質(zhì)事件（如撞擊坑計數(shù)、變質(zhì)相、火山巖年齡）進(jìn)行關(guān)聯(lián)，從而構(gòu)建行星的演化序列。論述應(yīng)體現(xiàn)樣本多樣性、定年方法的互補(bǔ)性以及綜合分析在重建行星歷史中的重要性。以地球、月球、火星為例，分別或交叉論述。答案要點：1.樣本來源與代表性：地球巖石記錄了板塊活動、火山作用等地質(zhì)歷史；月球樣本（巖屑、月巖）提供了月球形成、早期撞擊、火山活動、氬丟失等關(guān)鍵信息；火星隕石（S型、H型、E型）記錄了火星早期地質(zhì)演化、大氣變化、水活動以及太陽系早期事件；太陽系小行星（特別是球粒隕石）代表了太陽星云的原始成分和太陽系形成早期的時間標(biāo)尺。2.定年方法應(yīng)用：*U-Pb定年法（鋯石）：精度高，抗干擾能力強(qiáng)，是測定月球、火星樣本形成年齡，以及地球最古老巖石年齡的主要方法，為行星早期形成提供了時間框架（如月球>38億年，地球>45億年）。*Ar-Ar定年法：精度高，能識別后期加熱事件，廣泛用于測定月球樣本的冷卻歷史、火山巖年齡（如月海形成年齡~30-32億年），以及地球和火星的火山活動時代。*K-Ar定年法：相對簡單，曾廣泛用于測定火山巖年齡，但易受Ar丟失影響，目前應(yīng)用有所減少，主要用于研究較年輕的地質(zhì)事件或作為輔助方法。3.綜合重建：通過測定不同區(qū)域、不同類型樣本的年齡，可以識別行星演化的不同階段。例如，月球上不同類型巖石（月幔巖、斜長巖、鈦鐵質(zhì)巖）的年齡組合，結(jié)合撞擊坑累積年齡模型，構(gòu)建了月球從快速形成、早期劇烈撞擊、大規(guī)模熔融到后期火山活動、氬