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Diffuser

Auser-friendlyprogramfordiffusionchronometrywithrobustuncertaintyestimation

4月23号是世界读书日，大家阅读了吗？我们将要给大家介绍一个新软件：Diffuser；想知道是什么吗？滑动屏幕，往下阅读吧！

摘要

为推动扩散年代学在深时地质研究中的应用，李献华院士团队的吴黎光和李扬等开发了高效便捷的模拟计算软件——Diffuser，通过简单的交互式操作即可模拟元素扩散获取时间。在综合考虑扩散年代学涉及的三大主要误差来源(数据拟合的误差、温度误差和扩散系数误差)的同时，Diffuser还实现了三种误差对最终年龄结果贡献的定量估算。

1.扩散现象

扩散是广泛存在于自然界的一种现象，例如，我们熟知的“遥知不是雪，为有暗香来”就是“花香”在空气中从高浓度处往低浓度处扩散的结果。类似地，矿物中的元素（或同位素）也无时不在扩散，在合适的浓度差和温度条件下，我们可以观察到元素的扩散情况。扩散的程度主要受时间和温度控制，这是扩散定年的基础。

2.扩散年代学

我们熟知的同位素年代学基于放射性衰变，给出的是绝对年龄，两个绝对年龄可以限定地质事件的持续时间，进而计算其发生的速率。同位素年代学的精度从千年到百万年不等，通常年龄越老则精度越低。对一些持续时间很短的地质过程，如火山喷发，可能以小时、天、月和年等为单位，同位素年代学仅能对年轻样品开展高时间分辨率研究。

然而，元素的扩散与样品的绝对年龄无关。根据样品经历的不同地质过程，扩散可以记录从分钟到百万年的不同时间尺度。矿物中的元素扩散速率主要受元素和矿物的性质以及温度控制，高温下扩散快而低温下扩散慢，温度低至一定条件扩散发生“冻结”（图1）。

图1扩散速率和温度关系示意图

因此，元素的扩散本质上记录了一个从高温到低温的过程，比如矿物从高温岩浆房中结晶后，矿物中的元素开始发生扩散，当岩浆喷发到地表快速冷却，扩散立即“冻结”。我们可以测量现在“冻结”的元素扩散剖面（如图2），计算矿物经历的高温持续时间，从而得到地质过程发生的速率。

图2矿物中元素扩散示例：尖晶石中元素Cr的扩散剖面（Mutchetal.,,Science）

3.Diffuser

目前，扩散年代学已广泛应用在岩浆、变质和热液过程等领域，利用元素扩散剖面计算时间是相关研究的关键。因此，一个高效好用的软件，让研究者能够通过简单的交互式操作来模拟元素扩散，将会极大地提高扩散年代学的研究效率，这是李献华院士带领的研究团队开发Diffuser的初衷。

此外，准确的误差估计对扩散年代学的研究至关重要。例如，扩散年代学一大优势是可以利用不同元素来进行对比研究，而实验测定的扩散系数本身具有不确定度，这对扩散时间的评估至关重要，但目前没有被严格考虑。针对这一问题，Diffuser强调和综合考虑了扩散年代学涉及的三大主要误差来源，即扩散剖面的数据拟合的误差、估算的温度误差和实验测定的扩散系数误差（图3），并实现了三种误差对最终年龄结果贡献的定量估算。

图3Diffuser可评估年龄误差来源。示例中温度误差是控制结果精度的最主要因素（Wuetal.,,ComputersGeosciences）

为方便用户使用，我们开发了Diffuser在线版（图4），无需安装，直接访问

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