2025年大學(xué)《行星科學(xué)》專業(yè)題庫——行星表面巖層年代學(xué)研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項的字母填入括號內(nèi)。）1.在放射性定年方法中，以下哪個參數(shù)是恒定的？（）A.母體元素數(shù)量B.子體元素數(shù)量C.衰變常數(shù)D.半衰期2.用于測定月球巖石絕對年齡最常用的同位素體系是？（）A.鉀-氬(K-Ar)B.鈾-鉛(U-Pb)C.氬-氬(Ar-Ar)D.銫-鍶(Rb-Sr)3.某研究小組測定一塊火星玄武巖的全巖Ar-Ar年齡為4.1億年。如果該巖石形成后沒有經(jīng)歷過顯著的后期加熱事件，這個年齡最可能代表？（）A.火星形成年齡B.火星吸積年齡C.玄武巖冷卻年齡（形成年齡）D.火星地表暴露年齡4.與球粒隕石相比，無球粒隕石通常具有什么年代學(xué)特征？（）A.擁有清晰的形成年齡譜系B.年齡普遍較老，且變化范圍小C.年齡普遍較年輕，且常存在后期加熱事件記錄D.不適合進(jìn)行放射性定年5.行星表面撞擊坑的密度通常被用來推斷？（）A.行星的質(zhì)量B.行星的大氣密度C.行星受到的撞擊速率D.行星的自轉(zhuǎn)速度6.活動度是指？（）A.同位素衰變的速率B.巖石記錄撞擊事件的敏感程度C.巖石在空間環(huán)境中的暴露程度d.放射性元素與穩(wěn)定元素的比例7.以下哪種方法通常用于測定極年輕（如幾百萬年）行星表面撞擊坑的年齡？（）A.全巖U-Pb定年B.礦物Ar-Ar定年C.氚-氦(3H-3He)定年D.鍶-銫(Sr-Rb)定年8.如果一塊隕石樣品的Ar-Ar等時線圖顯示初始?xì)搴浚≒b）不為零，這可能暗示？（）A.樣品經(jīng)歷了后期加熱B.樣品在封閉體系中的時間較短C.測定過程中氬氣丟失D.所選定的同位素體系不適用9.行星科學(xué)中使用的“地質(zhì)時標(biāo)”主要依據(jù)什么建立？（）A.地球歷史上的重大地質(zhì)事件B.行星表面撞擊事件的累積記錄C.行星內(nèi)部放射性元素衰變的時間尺D.行星公轉(zhuǎn)周期的變化10.比較不同天體（如月球、火星、水衛(wèi)二）的表面年齡分布，可以推斷出？（）A.這些天體形成時間的先后順序B.這些天體內(nèi)部熱演化的歷史C.這些天體在太陽系中的原始形成位置D.這些天體表面受到的撞擊環(huán)境的差異二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填入橫線上。）1.放射性定年的基本原理是利用放射性同位素衰變的_______和_______來計算巖石或礦物的年齡。2.Ar-Ar定年法中，通過測量_______和_______的比值來確定樣品的年齡。3._______隕石是太陽系中最古老的物質(zhì)，其同位素組成能提供關(guān)于太陽系形成的初始信息。4.月球經(jīng)歷了兩個主要的撞擊事件時期：晚期重轟炸期和_______。5.火星南部古老的高地以_______坑密和深達(dá)地幔的構(gòu)造特征為標(biāo)志。6.在進(jìn)行同位素定年之前，對樣品進(jìn)行_______的目的是為了消除后期形成或加入的同位素。7._______是指一個放射性同位素完全轉(zhuǎn)變?yōu)槠浞€(wěn)定子體的所需時間。8.年輕的行星表面通常具有_______的撞擊坑特征，而古老的表面則相反。9.除了放射性定年，行星表面年齡還可以通過_______記錄（如火山巖層、沉積巖層）的相對關(guān)系來確定。10._______是指定年結(jié)果的不確定程度，通常用標(biāo)準(zhǔn)差或誤差范圍表示。三、名詞解釋（每題4分，共20分。請將答案寫在橫線上。）1.等時線(Isochron)2.表面暴露年代學(xué)(SurfaceExposureGeochronology)3.母體(ParentIsotope)4.子體(DaughterIsotope)5.地質(zhì)時標(biāo)(GeologicalTimeScale)四、簡答題（每題5分，共15分。請簡明扼要地回答下列問題。）1.簡述鉀-氬(K-Ar)或氬-氬(Ar-Ar)定年法的基本原理。2.為什么說隕石是研究太陽系早期歷史的寶貴樣品？它們在行星表面年代學(xué)中有何應(yīng)用？3.解釋什么是“后期加熱事件”對行星表面巖石同位素年齡記錄的影響。五、論述題（每題10分，共20分。請結(jié)合所學(xué)知識，深入分析和闡述下列問題。）1.比較并說明Ar-Ar定年法和U-Pb定年法在行星表面巖石年代學(xué)研究中的異同點(diǎn)及其適用性。2.如何利用行星表面撞擊坑的年齡信息來重建該行星的早期演化歷史或受到的撞擊環(huán)境變化？請舉例說明。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.C4.C5.C6.B7.C8.A9.C10.D二、填空題1.恒定率衰變積累2.??Ar*??Ar3.碳質(zhì)球粒隕石4.前期重轟炸期5.密集6.預(yù)處理7.半衰期8.少而淺多而深9.地質(zhì)層序10.誤差三、名詞解釋1.等時線(Isochron):在放射性定年中，通過測量樣品中母體、子體同位素以及衰變產(chǎn)生的穩(wěn)定子體的比率，在直角坐標(biāo)圖中繪制數(shù)據(jù)點(diǎn)，如果樣品形成后處于封閉體系且未經(jīng)歷后期加熱或分餾，這些數(shù)據(jù)點(diǎn)應(yīng)落在一條直線上，該直線即為等時線，其斜率與樣品形成年齡相關(guān)，截距與初始子體含量有關(guān)。2.表面暴露年代學(xué)(SurfaceExposureGeochronology):一門研究天體（主要是小行星和行星、衛(wèi)星的表面）表面物質(zhì)自形成以來暴露于空間環(huán)境的時長的學(xué)科。它主要利用空間環(huán)境（如太陽風(fēng)、微隕石轟擊）對巖石產(chǎn)生的電荷或?yàn)R射效應(yīng)，使某些放射性核素（如3H、3He、1?Be、1?C）從內(nèi)部損失，通過測量這些核素及其母體的比值來確定樣品的暴露年齡，從而推斷天體表面的形成年齡和之后受到的撞擊/空間環(huán)境的改造歷史。3.母體(ParentIsotope):在放射性衰變系列中，發(fā)生放射性衰變并轉(zhuǎn)化為子體的不穩(wěn)定同位素。4.子體(DaughterIsotope):在放射性衰變系列中，由母體經(jīng)過一次或多次放射性衰變轉(zhuǎn)化而產(chǎn)生的穩(wěn)定或放射性同位素。5.地質(zhì)時標(biāo)(GeologicalTimeScale):基于地質(zhì)記錄（包括巖石、礦物、沉積物等）中可測定的放射性同位素年齡數(shù)據(jù)，建立起來的用于標(biāo)示地球或其他天體歷史上不同地質(zhì)年代（宙、代、紀(jì)、世、期、世期等）先后順序和持續(xù)時間的時間標(biāo)尺。四、簡答題1.簡述鉀-氬(K-Ar)或氬-氬(Ar-Ar)定年法的基本原理。答：K-Ar和Ar-Ar定年法都基于放射性同位素鉀-40(??K)衰變?yōu)闅?40(??Ar)的原理。??K的半衰期較長（約1.25億年），適用于測定地質(zhì)年齡較長的樣品（如千萬年以上）。其基本原理是假設(shè)樣品在形成后（如巖漿結(jié)晶）處于封閉體系，內(nèi)部產(chǎn)生的??Ar會保留在樣品中，直到測量時。通過測量樣品中??K的含量和捕獲的??Ar的含量（對于Ar-Ar，還需測量??Ar和??Ar以校正儀器本底和初始?xì)澹?，結(jié)合已知的衰變常數(shù)，可以計算出樣品的形成年齡。Ar-Ar法通常利用加熱樣品使捕獲的氬釋放出來的方法，通過測量不同溫度下釋放的氬同位素比值來繪制等時線，可以克服全巖K-Ar法中初始?xì)搴侩y以精確測量的缺點(diǎn)。2.為什么說隕石是研究太陽系早期歷史的寶貴樣品？它們在行星表面年代學(xué)中有何應(yīng)用？答：隕石是太陽系形成和演化的原始物質(zhì)碎片，它們記錄了太陽星云的成分、太陽系形成的早期事件以及后續(xù)的演化過程。許多隕石形成于太陽系早期（如太陽系形成后幾百萬年），其同位素組成能提供關(guān)于太陽系起源和早期演化的關(guān)鍵信息。此外，部分隕石（如球粒隕石）本身年齡極老，可以提供太陽系形成的最低限年齡。在行星表面年代學(xué)中，隕石被用作“時鐘”來確定其他天體（如月球、火星）的形成年齡和演化階段。例如，通過比較不同天體的巖石與特定類型的隕石（如碳質(zhì)球粒隕石）的同位素年齡，可以推斷它們形成時間的先后順序和相互關(guān)系。年輕隕石的年齡也可以為其他天體的早期撞擊歷史提供參考。3.解釋什么是“后期加熱事件”對行星表面巖石同位素年齡記錄的影響。答：“后期加熱事件”是指行星巖石在形成后經(jīng)歷的一次或多次額外的、局部的或全球性的加熱過程。這些加熱過程（如大型撞擊、放射性元素集中導(dǎo)致的內(nèi)部加熱、潮汐加熱等）會使巖石內(nèi)部溫度升高。當(dāng)溫度超過某個閾值時，原本在礦物晶格中或礦物間的捕獲的氬氣（Ar-Ar法）或氦氣（3He-3He法）等輕核素會變得不穩(wěn)定，從礦物中“逃逸”出來。這種逃逸會導(dǎo)致測得的同位素比值發(fā)生變化，使得測得的年齡比巖石的實(shí)際形成年齡要年輕。因此，后期加熱事件會“重置”或“干擾”巖石原有的同位素時鐘，給年齡定年帶來誤差和復(fù)雜性。在分析年齡數(shù)據(jù)時，需要考慮是否存在后期加熱的可能性及其影響。五、論述題1.比較并說明Ar-Ar定年法和U-Pb定年法在行星表面巖石年代學(xué)研究中的異同點(diǎn)及其適用性。答：Ar-Ar和U-Pb定年法都是重要的放射性定年方法，但存在顯著差異。*同點(diǎn)：*基本原理：都基于放射性同位素衰變定律。*目的：都用于測定巖石或礦物的絕對年齡。*應(yīng)用：都可應(yīng)用于行星科學(xué)領(lǐng)域，研究行星表面的形成和演化歷史。*不同點(diǎn)：*同位素體系：Ar-Ar使用K-??→Ar-??(半衰期約1.25億年)，主要適用于測定千萬年以上的年齡，對年輕樣品（如幾百萬年以下）或極低鉀含量的樣品效果不佳。U-Pb使用U-23?→Pb-2??或U-23?→Pb-211(半衰期分別約45億年和700百萬年)，具有更長的半衰期，適用于測定非常古老的年齡（從幾百萬年到數(shù)十億年），對年輕樣品也有較好的適用性。U-Pb還有鍶-鉛(Rb-Sr)體系等分支。*樣品類型：Ar-Ar對樣品鉀含量有一定要求，且需要能測量氬氣的設(shè)備。U-Pb體系（特別是鋯石U-Pb）可以測定非常小的樣品（微克量級），且鋯石作為一種耐熔礦物，能很好地記錄地質(zhì)事件，對鉀含量要求不高。*測定技術(shù)：Ar-Ar通常通過加熱釋放氬氣，測量不同溫度下氬同位素比值，易受樣品封閉性、后期加熱和儀器本底影響。U-Pb測量鉛同位素，常用TIMS或MC-ICP-MS等質(zhì)譜技術(shù)，對同位素分離和測量精度要求極高，但對樣品封閉性的要求相對Ar-Ar可能稍寬松（尤其對于鋯石）。*精度與年齡范圍：U-Pb法（特別是鋯石U-Pb）通常具有更高的精度，年齡范圍更廣，是建立行星地質(zhì)時標(biāo)的最主要方法之一。Ar-Ar法精度相對較低，年齡范圍主要集中在幾千萬年到幾十億年。*適用性：*Ar-Ar法適用于測定年齡在幾千萬年以上、鉀含量相對較高的火山巖、次生礦物（如鉀長石）或需要研究后期加熱事件的樣品。在月球和火星研究中，常用于測定月巖、火星玄武巖的冷卻年齡或某些次生事件年齡。*U-Pb法（特別是鋯石U-Pb）適用于測定非常古老的巖石年齡（如月球、火星、水手星的早期形成年齡），以及需要高精度年齡確定的樣品。它是確定太陽系形成年齡（通過測定碳質(zhì)球粒隕石）和建立行星地質(zhì)年代框架的核心方法。對于非常年輕的樣品（如幾百萬年），U-Pb法的靈敏度可能不如Ar-Ar或3He-3He法。2.如何利用行星表面撞擊坑的年齡信息來重建該行星的早期演化歷史或受到的撞擊環(huán)境變化？請舉例說明。答：撞擊坑是行星表面受到大型撞擊事件的直接記錄，其數(shù)量、大小、形態(tài)、分布和年代信息對于重建行星的早期演化歷史和撞擊環(huán)境變化至關(guān)重要。*建立撞擊速率演化模型：通過測定不同年齡撞擊坑的密度（單位面積內(nèi)的撞擊坑數(shù)量），可以估算出在特定時間間隔內(nèi)該行星受到的平均撞擊速率。將不同時期的撞擊坑密度進(jìn)行對比，可以揭示行星受到的撞擊環(huán)境（如太陽系內(nèi)的小行星和彗星數(shù)量、分布）隨時間的變化。例如，月球和火星都記錄了明顯的撞擊事件時期，如月球的晚期重轟炸期和火星南部古老地形的密集撞擊坑，通過分析這些時期撞擊坑的年齡分布和密度，可以推斷當(dāng)時太陽系內(nèi)或這些行星所處的行星際環(huán)境。*確定行星形成和早期演化階段：行星形成早期通常受到更密集的撞擊，因此形成了大量的小型撞擊坑。通過測定最古老區(qū)域的撞擊坑年齡，可以確定行星形成的完成時間。撞擊坑的演化（如濺射沉積、風(fēng)化侵蝕）也會影響其后續(xù)的年齡測定，因此需要結(jié)合