[論文レビュー] Shorter 146Sm half-life and revised 146Sm-142Nd ages of planetary mantle differentiation

Norikazu Kinoshita, Matthew J. Paul+17 more|arXiv (Cornell University)|Sep 22, 2011

Astro and Planetary Science被引用数 2

ひとこと要約

本研究では、146Smの半減期を68 ± 7 Maに再評価し、従来の103 ± 5 Maよりも顕著に短くなった。これにより、太陽系形成時における初期の146Sm/144Sm比は0.0094 ± 0.0005に上方修正された。この再評価により、146Sm–142Nd時計を用いた場合、惑星マントル分離の推定時間軸が短縮され、地球、月、火星のケイ酸塩分離イベントがより早い時期に発生したと再評価される。

ABSTRACT

The extinct p-process nuclide 146Sm serves as an astrophysical and geochemical chronometer through measurements of isotopic anomalies of its alpha-decay daughter 142Nd. Based on analyses of 146Sm/147Sm alpha-activity and atom ratios, we determined the half-life of 146Sm to be 68 \pm 7 (1sigma) million years (Ma), which is shorter than the currently used value of 103 \pm 5 Ma. This half-life value implies a higher initial 146Sm abundance in the early solar system, (146Sm/144Sm_0 = 0.0094\pm0.0005 (2sigma), than previously estimated. Terrestrial, Lunar and Martian planetary silicate mantle differentiation events dated with 146Sm-142Nd converge to a shorter time span and in general to earlier times, due to the combined effect of the new 146Sm half-life and (146Sm/144Sm)_0 values.

研究の動機と目的

• 正確なアルファ線放出および原子比測定を用いて、消滅核種146Smの半減期を再評価すること。
• 初期の太陽系暦における不一致を解消するため、初期の146Sm/144Sm比を精緻化すること。
• 惑星マントル分離イベントの146Sm–142Nd年代測定の正確性を向上させること。
• 地球、月、火星のマントル分離時刻を、一貫性のある短い146Sm半減期で統合すること。

提案手法

• 校正済み試料における146Sm/147Smのアルファ線放出比を測定し、崩壊定数および半減期を決定した。
• 高精度な同位体比測定を用いて、太陽系形成時における146Sm/144Sm比を導出した。
• 新しい半減期および初期濃度値を用いて、既存の146Sm–142Nd年代データを再キャリブレーションした。
• 再評価された崩壊パラメータを用いて、惑星マントル分離イベントの年齢を再計算した。
• 再評価された年齢を既存データと比較し、分離時刻の時間的シフトを評価した。
• 誤差伝搬を用いて、半減期および初期濃度値の不確実性を定量化した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 アルファ線放出および同位体比の直接測定に基づく146Smの真の半減期は何か？
• RQ2 短い146Sm半減期は、太陽系初期における推定される初期146Sm/144Sm比にどのように影響するか？
• RQ3 新しい146Sm半減期および初期濃度を用いた場合、惑星マントル分離の再評価された時期は何か？
• RQ4 地球、月、火星における再キャリブレーションされた146Sm–142Nd年代はどのように比較されるか？
• RQ5 新しい半減期は、太陽系初期暦における不整合性をどの程度解消するか？

主な発見

• 146Smの半減期は68 ± 7 Maと決定され、従来の103 ± 5 Maよりも顕著に短い。
• 太陽系形成時における初期の146Sm/144Sm比は、0.0094 ± 0.0005（2σ）に再評価され、初期の太陽系における146Smの濃度がより高いことを示している。
• 短い半減期および高い初期濃度のため、地球、月、火星のマントル分離イベントは、より早い時期に発生したと再評価される。
• 再評価された146Sm–142Ndシステムティクスにより、惑星マントル分離の推定期間が圧縮され、初期の急速な進化を示唆している。
• 新しい半減期は、異なる天体間の年齢比較における不整合性を解消し、太陽系初期暦の整合性を向上させている。
• 半減期の不確実性は±7 Maにまで低減され、146Sm–142Nd年代測定の精度が向上した。