精确测量铀同位素比例，帮助改进地质年代测定方法

本文介绍了一项在地球科学领域具有重要意义的技术突破：通过对天然铀同位素比值234U/238U的超高精度测量，改进了234U的半衰期数据，并提升了铀-钍（U-Th）测年的准确性和适用范围。234U/238U比值广泛应用于古气候、海洋环流、地下水流动、人类演化和地质年代学研究中，但由于234U在自然界中含量极低（仅为238U的万分之一），精确测量这一比值长期面临挑战。

过去几十年，科学家使用α计数法或热电离质谱等技术进行测量，但精度有限。近年来，多收集器电感耦合等离子体质谱（MC-ICP-MS）成为主流手段，可达到千分之一（‰）级别的精度。然而，该方法存在“质量拖尾”问题——即高强度的238U离子束会在较低质量处产生信号拖尾，干扰微弱的234U信号检测，导致测量偏差。此前常用半质量点插值法校正拖尾，但本文研究发现这种方法并不准确，会系统性地高估拖尾背景，从而低估234U/238U比值。

为解决这一问题，研究人员创新性地采用钍（Th）作为类比物来校正铀的拖尾效应。他们发现，232Th+离子束在低质量区的拖尾行为与238U+极为相似，因此可用高纯度钍溶液的测量结果来精确估算234U位置的拖尾背景。结合使用1013欧姆高阻抗放大器，新方法将234U/238U比值的测量重复性提高到±0.08‰（2σ），达到了所谓的“亚埃普西隆”（sub-epsilon）精度水平。

基于这一高精度测量，研究团队重新计算了234U的半衰期，得出其值为245,670±260年，比此前公认值长约50年。更重要的是，在铀-钍测年中，由于多个衰变常数之间的系统误差会相互抵消，实际影响年龄计算的不确定性被进一步压缩至仅±25年。这意味着对于距今约60万年的样本，年龄测定误差可控制在±3千年以内；对于70万年前的样本，误差约为±6千年，远优于以往动辄上万年的误差水平。

新技术还大幅减少了所需样品量。以前需要约500纳克的238U才能获得较好精度，现在仅需50–100纳克即可实现更高精度，使得对微量珍贵样品（如洞穴石笋、古生物化石）的测年成为可能。研究团队用多个已知处于放射性平衡状态的地质样品验证了新方法的可靠性，所有样品的δ234U值均接近零，证明其准确无误。

这项技术进步对多个领域具有深远影响。在古气候研究中，更高的时间分辨率有助于精确厘清冰期-间冰期转换过程中各气候事件的先后顺序；在海洋学中，可更精细地追踪表层与深层海水的混合过程；在考古学和人类演化研究中，能更可靠地测定关键遗址的年代。此外，研究也指出当前缺乏广泛认可的天然放射性平衡标准物质，呼吁建立国际统一的标准，以进一步提升不同实验室之间数据的可比性和可靠性。