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徐丽怡,Sept. 9, 2022
Ag位于第五周期第IB组，是过渡金属，中等挥发性、亲硫元素，其价态有0，+1两种；Pd位于第五周期第VIIIB组，是过渡金属，亲铁元素，其价态有+1，+2，+3，+4四种。在Pd-Ag放射性同位素体系中，由于Pd和Ag的半质量冷凝温度（Tc）相差超过300K，挥发作用是二者之间产生分异的主要原因。Pd的Tc为1324K，与其主要宿体铁金属合金的凝结温度相似；Ag的Tc为996K。早期太阳系星体的核凝固过程中，高亲铁性的钯倾向于进入金属相，而亲铜性的银则被分离至硫化物中。
Pd-Ag短半衰期放射性同位素体系可以用于限定地球生长模型。地球的成核模型目前有两种说法，一种是两阶段模型，另一种是连续成核模型。其中两阶段模型低估了地核形成过程的复杂性，因为地核的形成很可能是随着每一个大型冲击器的到来而发生的一个长期过程。此外，进入地核的物质可能没有与硅酸盐地幔完全平衡。考虑到这一限制，两阶段模型代表了比较不同时计时器提供的结果的有用的第一种方法。Schönbächler等利用碳球粒陨石-地幔的相似性来模拟地球的吸积史，结果表明现代BSE的ε107Ag显示为(A)两阶段模型的核心形成时间和(B)连续核形成模型的巨大撞击时间的函数（图1）。在图1(A)中，Pd到地核的分离是完全的，表明最终的金属-硅酸盐平衡发生在太阳系形成不到900My。在对于连续核心形成模型（B），吸积形成是连续的，新吸积的物质只与BSE平衡，结果显示吸积持续时间也很短。
图1
BSE的ε107Ag和ε53Cr取决于前体材料的挥发性消耗，但随着吸积时间尺度的变化仅略有变化。在图2(A)中，描述了ε53Cr的基于前体材料的CI组成的连续核形成模型（顶部实线）BSE，该模型不与BSE的测量的Cr同位素组成定义的场（小灰色区域）相交，因此不是一个现实的解决方案。虚线描述了异质吸积的结果，其中包括吸积挥发物耗尽的物质，直到地球达到其目前大小的86%，然后添加4%的类CI物质和巨大的撞击，这增加了另一个9%的富含挥发性的类似火星的材料和1%的Pd/Ag比为4.1的晚期单板。BSE Ag（十字）和Cr（三角形）同位素组成的模型曲线与BSE（灰色区域）的测量值重叠。在图2（B）中，随着时间的推移，BSE的Ag同位素演化用于异质吸积，其中包括当地球在~26My时达到其当前质量的86%时，4%的富含挥发性物质的物质的积累，导致ε107Ag的首次大幅下降。30My处的富含挥发性物质的巨大撞击进一步降低了ε107Ag。因为所有107Pd基本上都衰变了30My，所以如果巨大的撞击发生在30My，或者如果在60或80处发生巨大撞击后没有吸积的时间间隔，则BSE Ag同位素组成的演变几乎没有差异。
图2
Pd-Ag短半衰期放射性同位素体系还可以用于挥发分亏损示踪。K.Righter等在与行星吸积和金属硅酸盐分异相关的条件下进行了新的Bi和Ag的高温高压多面定压机做金属-硅酸盐平衡实验，更精细和更全面地了解核形成过程中的元素分配。由吸积和核形成过程地幔的Mn/Cr、U/Pb、Pd/Ag和Hf/W值可以看出，由于在吸积过程中D(Pd)和D(Ag)的变化很大，Pd/Ag的变化很大，而且远远大于其他短寿命体系，并且从地球吸积和核形成过程中发生变化Ag、Pd和Bi在金属核核硅酸盐熔体之间的分配系数的变化中可以看到，随着压力的变化，Ag和Pd的分配系数都显著降低，从地幔Ag、Pd、B以及Ag/Pd的分布可以看出，由于压力的影响，D(Bi)和D(Ag)降低，导致地幔中Bi和Ag的丰度高于硅酸盐地球，以及存在高且可变的Pd/Ag。并且对地球-火星吸积过程银同位素组成演化情况进行了分析（图3），地球经历了多重金属-硅酸盐平衡，因为地球增长了近100Ma，随后是深层地幔硫化物去除和后期吸积。火星经历了相对快速的增长，加上金属-硅酸盐平衡，建立了各种亲铁性和亲硫元素的地幔浓度，但没有经历过硫化物去除或像地球那样重要的后期增生薄片。黑色中央部分是金属核心，灰色阴影壳是固体下地幔，白色外壳是液体上地幔，黑色小液滴代表金属或硫化物包穿过固体或液体地幔。底部显示了地球（黑色演化曲线;阴影灰色区域是BSE）和火星（红色演化曲线）吸积和分化的示意图，这也说明了Ag同位素是否受到晚期吸积的影响和/或可能在硫化物结晶阶段分馏的陆地不确定性。火星和陆地地幔中异常Ag的早期分离可以在每个行星的硅酸盐部分保存。
图3
综上所述，在太阳星云以及行星核的形成过程中，由于107Ag可由107Pd经β衰变产生，而挥发性元素的耗散又会造成早期Pd/Ag的分异，使得Pd-Ag同位素体系可以用于早期太阳系的活动历史研究，例如定义行星核的形成、限定行星形成时代，但是银同位素在解答行星科学及地球科学等诸多领域问题上仍存在一些尚未解决的难题，例如放射性Pd-Ag体系中太阳系初期107Pd/108Pd比值的精确限定。
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