#轴承#《你知道轴承也会失效吗？》
一、轴承的失效机理
1．接触疲劳失效
接触疲劳失效系指轴承工作表面受到交变应力的作用而产生失效。接触疲劳剥落发生在轴承工作表面，往往也伴随着疲劳裂纹，首先从接触表面以下最大交变切应力处产生，然后扩展到表面形成不同的剥落形状，如点状为点蚀或麻点剥落，剥落成小片状的称浅层剥落。由于剥落面的逐渐扩大，而往往向深层扩展，形成深层剥落。深层剥落是接触疲劳失效的疲劳源。
2．磨损失效
磨损失效系指表面之间的相对滑动摩擦导致其工作表面金属不断磨损而产生的失效。持续的磨损将引起轴承零件逐渐损坏，并最终导致轴承尺寸精度丧失及其它相关问题。磨损可能影响到形状变化，配合间隙增大及工作表面形貌变化，可能影响到润滑剂或使其污染达到一定程度而造成润滑功能完全丧失，因而使轴承丧失旋转精度乃至不能正常运转。磨损失效是各类轴承常见的失效模式之一，按磨损形式通常可分为最常见的磨粒磨损和粘着磨损。
磨粒磨损系指轴承工作表面之间挤入外来坚硬粒子或硬质异物或金属表面的磨屑且接触表面相对移动而引起的磨损，常在轴承工作表面造成犁沟状的擦伤。硬质粒子或异物可能来自主机内部或来自主机系统其它相邻零件由润滑介质送进轴承内部。粘着磨损系指由于摩擦表面的显微凸起或异物使摩擦面受力不均，在润滑条件严重恶化时，因局部摩擦生热，易造成摩擦面局部变形和摩擦显微焊合现象，严重时表面金属可能局部熔化，接触面上作用力将局部摩擦焊接点从基体上撕裂而增大塑性变形。这种粘着——撕裂——粘着的循环过程构成了粘着磨损，一般而言，轻微的粘着磨损称为擦伤，严重的粘着磨损称为咬合。
3．断裂失效
轴承断裂失效主要原因是缺陷与过载两大因素。当外加载荷超过材料强度极限而造成零件断裂称为过载断裂。过载原因主要是主机突发故障或安装不当。轴承零件的微裂纹、缩孔、气泡、大块外来杂物、过热组织及局部烧伤等缺陷在冲击过载或剧烈振动时也会在缺陷处引起断裂，称为缺陷断裂。应当指出，轴承在制造过程中，对原材料的入厂复验、锻造和热处理质量控制、加工过程控制中可通过仪器正确分析上述缺陷是否存在，今后仍必须加强控制。但一般来说，通常出现的轴承断裂失效大多数为过载失效。
4．游隙变化失效
轴承在工作中，由于外界或内在因素的影响，使原有配合间隙改变，精度降低，乃至造成“咬死”称为游隙变化失效。外界因素如过盈量过大，安装不到位，温升引起的膨胀量、瞬时过载等，内在因素如残余奥氏体和残余应力处于不稳定状态等均是造成游隙变化失效的主要原因。
轴承失效分析方法
在分析轴承失效的过程中，往往会碰到许多错综复杂的现象，各种实验结果可能是相互矛盾或者主次不清，这就需要经过反复实验、论证，以获得足够的证据或反证。只有运用正确的分析方法、程序、步骤，才能找到引发失效的真正原因。
一般情况下轴承失效分析大体可分为以下三个步骤：失效实物和背景资料的收集、对失效实物的宏观检查和微观分析。
1.失效实物和背景材料的收集
尽可能地收集到失效事物的各个零件和残片。充分了解失效轴承的工作条件、使用过程和制造质量等。具体内容包括：
（1）主机的载荷、转速、工作状况等轴承的设计工作条件。
（2）轴承及其相关部位其他零件的失效情况，轴承失效的类型。
（3）轴承的安装运转记录。运转使用过程中有无不正常操作。
（4）轴承工作中所承受的实际载荷是否符合原设计。
（5）轴承工作的实际转速及不同转速出现的频率。
（6）失效时是否有温度的急剧增加或冒烟，是否有噪声及振动。
（7）工作环境中有无腐蚀性介质，轴承与轴颈间有无特殊的表面氧化色或其他沾污色。
（8）轴承的安装记录（包括安装前轴承尺寸公差的复验情况），轴承原始间隙、装配和对中情况，轴承座和机座刚性如何，安装是否有异常。
（9）轴承运转是否有热膨胀及动力传递变化。
（10）轴承的润滑情况，包括润滑剂的牌号、成分、颜色、粘度、杂质含量、过滤、更换及供给情况等，并收集其沉淀物。
（11）轴承的选材是否正确，用材质量是否符合有关标准或图样要求。
（12）轴承的制造工艺过程是否正常，表面是否有塑性变形，有没有表面磨削烧伤。
（13）失效轴承的修复和保养记录。
（14）同批或同类轴承的失效情况。
在收集实际背景材料工作中，全部满足上述要求是很难的。但收集到的资料越多，无疑会更有利于得到正确的分析结论。
2.宏观检查
对失效轴承进行宏观检查（包括尺寸公差测量和表面状态检查分析），是失效分析最重要的环节。总体的外观检查，可了解轴承失效的概貌和损坏部位的特征，估计造成失效的起因，察看缺陷的大小、形状、部位、数量和特征，并截取适当部位做进一步的的微观检查和分析。宏观检查的内容包括：
（1）外形和尺寸的变化情况（包括测振分析、动态函数分析和滚道圆度分析）。
（2）游隙的变化情况。
（3）是否有腐蚀现象，在什么部位，是什么类型的腐蚀，是否与失效直接有关。
（4）是否有裂纹，裂纹的形态和断口性质如何。
（5）磨损是什么类型的，对失效有多大作用。
（6）观察轴承各零件工作表面变色的情况和部位以确定其润滑情况和表面温度效应。
（7）对失效特征区主要观察有无异常磨损、外来颗粒嵌入、裂纹、擦伤和其他缺陷。
（8）冷酸洗法或热酸洗法检验轴承零件原始表面有无软点、脱碳层和烧伤，特别是表面磨削烧伤。
（9）用X射线应力测定仪器测量轴承工作前后的应力变化情况。
宏观检查的结果，有时可基本判断失效的形式和原因，但要进一步确定失效的性质，还必须取得更多的证据，做微观分析。
3.微观分析
失效轴承的微观分析包括光学金相分析、电子显微镜分析、探针和电子能谱分析等。主要是根据失效特征区的微观组织结构变化和对疲劳源、裂纹源的分析为失效分析提供更充分的判据或反证。微观分析中最常用、最普遍的方法是光学金相分析和对表面硬度检测。分析的内容应包括：
（1）材料质量是否符合有关标准和设计要求。
（2）轴承零件的基本组织和热处理质量是否符合有关要求。
（3）表层组织是否存在脱碳层、托氏体和其他表面加工变质层。
（4）测量渗碳层等表面强化层和多层金属各层组织的深度，腐蚀坑或裂纹的形态与深度，并根据裂纹的形状和两侧组织特征确定裂纹产生的原因及性质。
（5）根据晶粒大小、组织变形、局部相变、重结晶、相聚集等判断变形程度、温升情况、材料种类及工艺过程等。
（6）测量基本硬度、硬度均匀性及失效特征区的硬度变化。
（7）断口观察与分析。用扫描电子显微镜定性分析和测量观察断口。
（8）电子显微镜、探针和电子能谱在疲劳源和裂纹源分析中能测出断口的成分，发现断口的性质和断裂的原因。
以上介绍的轴承失效分析一般方法的三个步骤是一个由表及里逐步深入的分析过程。具体每一步骤中包含的内容应根据轴承失效的类型和特点，视具体情况取舍，但分析步骤是缺一不可的。而且在整个分析过程中，分析结果应始终与影响轴承失效的诸多因素联系起来，综合考虑。
三、轴承常见失效模式及对策
1．沟道单侧极限位置剥落
沟道单侧极限位置剥落主要表现在沟道与挡边交界处有严重的剥落环带。产生原因是轴承安装不到位或运转过程中突发轴向过载。采取对策是确保轴承安装到位或将自由侧轴承外圈配合改为间隙配合，以期轴承过载时使轴承得到补偿。
2．沟道在圆周方向呈对称位置剥落
对称位置剥落表现在内圈为周围环带剥落，而外圈呈周向对称位置剥落（即椭圆的短轴方向），其产生原因主要是因为外壳孔椭圆过大或两半分离式外壳孔结构，这在摩托车用凸轮轴轴承中表现尤为明显。当轴承压入椭圆偏大的外壳孔中或两半分离式外壳固紧时，使轴承外圈产生椭圆，在短轴方向的游隙明显减少甚至负游隙。轴承在载荷的作用下，内圈旋转产生周向剥落痕迹，外圈只在短轴方向的对称位置产生剥落痕迹。这是该轴承早期失效的主要原因，经对该轴承失效件检验表明，该轴承外径圆度已从原工艺控制的0.8μm变为27μm。此值远远大于径向游隙值。因此，可以肯定该轴承是在严重变形及负游隙下工作的，工作面上易早期形成异常的急剧磨损与剥落。采取的对策是提高外壳孔加工精度或尽可能不采用外壳孔两半分离结构。
3．滚道倾斜剥落
在轴承工作面上呈倾斜剥落环带，说明轴承是在倾斜状态下工作的，当倾斜角达到或超过临界状态时，易早期形成异常的急剧磨损与剥落。产生的原因主要是因为安装不良，轴有挠度、轴颈与外壳孔精度低等，采取对策为确保轴承安装质量与提高轴肩、孔肩的轴向跳动精度。
4．套圈断裂
套圈断裂失效一般较少见，往往是突发性过载造成。产生原因较为复杂，如轴承的原材料缺陷（气泡、缩孔）、锻造缺陷（过烧）、热处理缺陷（过热）、加工缺陷（局部烧伤或表面微裂纹）、主机缺陷（安装不良、润滑贫乏、瞬时过载）等，一旦受过载冲击负荷或剧烈振动均有可能使套圈断裂。采取对策为避免过载冲击载荷、选择适当的过盈量、提
安装精度、改善使用条件及加强轴承制造过程中的质量控制。
5．保持架断裂
保持架断裂属于偶发性非正常失效模式。其产生原因主要有以下五个方面：
a．保持架异常载荷。如安装不到位、倾斜、过盈量过大等易造成游隙减少，加剧摩擦生热，表面软化，过早出现异常剥落，随着剥落的扩展，剥落异物进入保持架兜孔中，导致保持架运转阻滞并产生附加载荷，加剧了保持架的磨损，如此恶化的循环作用，便可能造成保持架断裂。
b．润滑不良主要指轴承运转处于贫油状态，易形成粘着磨损，使工作表面状态恶化，粘着磨损产生的撕裂物易进入保持架，使保持架产生异常载荷，有可能造成保持架断裂。
c．外来异物的侵入是造成保持架断裂失效的常见模式。由于外来硬质异物的侵入，加剧了保持架的磨损与产生异常附加载荷，也有可能导致保持架断裂。
d．蠕变现象也是造成保持架断裂的原因之一。所谓蠕变多指套圈的滑动现象，在配合面过盈量不足的情况下，由于滑动而使载荷点向周围方向移动，产生套圈相对轴或外壳向圆周方向位置偏离的现象。蠕变一旦产生，配合面显着磨损，磨损粉末有可能进入轴承内部，形成异常磨损——滚道剥落——保持架磨损及附加载荷的过程，以至可能造成保持架断裂。
e．保持架材料缺陷（如裂纹、大块异金属夹杂物、缩孔、气泡）及铆合缺陷（缺钉、垫钉或两半保持架结合面空隙，严重铆伤）等均可能造成保持架断裂。采取对策为在制造过程中加以严格控制。
四、总结
综上所述，从轴承常见失效机理与失效模式可知，尽管滚动轴承是精密而可靠的机构基础体，但使用不当也会引起早期失效。一般情况下，如果能正确使用轴承，可使用至疲劳寿命为止。轴承的早期失效多起于主机配合部位的制造精度、安装质量、使用条件、润滑效果、外部异物侵入、热影响及主机突发故障等方面的因素。因此，正确合理地使用轴承是一项系统工程，在轴承结构设计、制造和装机过程中，针对产生早期失效的环节，采取相应的措施，可有效地提高轴承及主机的使用寿命，这是制造厂和客户应负有的共同责任。
一、轴承的失效机理
1．接触疲劳失效
接触疲劳失效系指轴承工作表面受到交变应力的作用而产生失效。接触疲劳剥落发生在轴承工作表面，往往也伴随着疲劳裂纹，首先从接触表面以下最大交变切应力处产生，然后扩展到表面形成不同的剥落形状，如点状为点蚀或麻点剥落，剥落成小片状的称浅层剥落。由于剥落面的逐渐扩大，而往往向深层扩展，形成深层剥落。深层剥落是接触疲劳失效的疲劳源。
2．磨损失效
磨损失效系指表面之间的相对滑动摩擦导致其工作表面金属不断磨损而产生的失效。持续的磨损将引起轴承零件逐渐损坏，并最终导致轴承尺寸精度丧失及其它相关问题。磨损可能影响到形状变化，配合间隙增大及工作表面形貌变化，可能影响到润滑剂或使其污染达到一定程度而造成润滑功能完全丧失，因而使轴承丧失旋转精度乃至不能正常运转。磨损失效是各类轴承常见的失效模式之一，按磨损形式通常可分为最常见的磨粒磨损和粘着磨损。
磨粒磨损系指轴承工作表面之间挤入外来坚硬粒子或硬质异物或金属表面的磨屑且接触表面相对移动而引起的磨损，常在轴承工作表面造成犁沟状的擦伤。硬质粒子或异物可能来自主机内部或来自主机系统其它相邻零件由润滑介质送进轴承内部。粘着磨损系指由于摩擦表面的显微凸起或异物使摩擦面受力不均，在润滑条件严重恶化时，因局部摩擦生热，易造成摩擦面局部变形和摩擦显微焊合现象，严重时表面金属可能局部熔化，接触面上作用力将局部摩擦焊接点从基体上撕裂而增大塑性变形。这种粘着——撕裂——粘着的循环过程构成了粘着磨损，一般而言，轻微的粘着磨损称为擦伤，严重的粘着磨损称为咬合。
3．断裂失效
轴承断裂失效主要原因是缺陷与过载两大因素。当外加载荷超过材料强度极限而造成零件断裂称为过载断裂。过载原因主要是主机突发故障或安装不当。轴承零件的微裂纹、缩孔、气泡、大块外来杂物、过热组织及局部烧伤等缺陷在冲击过载或剧烈振动时也会在缺陷处引起断裂，称为缺陷断裂。应当指出，轴承在制造过程中，对原材料的入厂复验、锻造和热处理质量控制、加工过程控制中可通过仪器正确分析上述缺陷是否存在，今后仍必须加强控制。但一般来说，通常出现的轴承断裂失效大多数为过载失效。
4．游隙变化失效
轴承在工作中，由于外界或内在因素的影响，使原有配合间隙改变，精度降低，乃至造成“咬死”称为游隙变化失效。外界因素如过盈量过大，安装不到位，温升引起的膨胀量、瞬时过载等，内在因素如残余奥氏体和残余应力处于不稳定状态等均是造成游隙变化失效的主要原因。
轴承失效分析方法
在分析轴承失效的过程中，往往会碰到许多错综复杂的现象，各种实验结果可能是相互矛盾或者主次不清，这就需要经过反复实验、论证，以获得足够的证据或反证。只有运用正确的分析方法、程序、步骤，才能找到引发失效的真正原因。
一般情况下轴承失效分析大体可分为以下三个步骤：失效实物和背景资料的收集、对失效实物的宏观检查和微观分析。
1.失效实物和背景材料的收集
尽可能地收集到失效事物的各个零件和残片。充分了解失效轴承的工作条件、使用过程和制造质量等。具体内容包括：
（1）主机的载荷、转速、工作状况等轴承的设计工作条件。
（2）轴承及其相关部位其他零件的失效情况，轴承失效的类型。
（3）轴承的安装运转记录。运转使用过程中有无不正常操作。
（4）轴承工作中所承受的实际载荷是否符合原设计。
（5）轴承工作的实际转速及不同转速出现的频率。
（6）失效时是否有温度的急剧增加或冒烟，是否有噪声及振动。
（7）工作环境中有无腐蚀性介质，轴承与轴颈间有无特殊的表面氧化色或其他沾污色。
（8）轴承的安装记录（包括安装前轴承尺寸公差的复验情况），轴承原始间隙、装配和对中情况，轴承座和机座刚性如何，安装是否有异常。
（9）轴承运转是否有热膨胀及动力传递变化。
（10）轴承的润滑情况，包括润滑剂的牌号、成分、颜色、粘度、杂质含量、过滤、更换及供给情况等，并收集其沉淀物。
（11）轴承的选材是否正确，用材质量是否符合有关标准或图样要求。
（12）轴承的制造工艺过程是否正常，表面是否有塑性变形，有没有表面磨削烧伤。
（13）失效轴承的修复和保养记录。
（14）同批或同类轴承的失效情况。
在收集实际背景材料工作中，全部满足上述要求是很难的。但收集到的资料越多，无疑会更有利于得到正确的分析结论。
2.宏观检查
对失效轴承进行宏观检查（包括尺寸公差测量和表面状态检查分析），是失效分析最重要的环节。总体的外观检查，可了解轴承失效的概貌和损坏部位的特征，估计造成失效的起因，察看缺陷的大小、形状、部位、数量和特征，并截取适当部位做进一步的的微观检查和分析。宏观检查的内容包括：
（1）外形和尺寸的变化情况（包括测振分析、动态函数分析和滚道圆度分析）。
（2）游隙的变化情况。
（3）是否有腐蚀现象，在什么部位，是什么类型的腐蚀，是否与失效直接有关。
（4）是否有裂纹，裂纹的形态和断口性质如何。
（5）磨损是什么类型的，对失效有多大作用。
（6）观察轴承各零件工作表面变色的情况和部位以确定其润滑情况和表面温度效应。
（7）对失效特征区主要观察有无异常磨损、外来颗粒嵌入、裂纹、擦伤和其他缺陷。
（8）冷酸洗法或热酸洗法检验轴承零件原始表面有无软点、脱碳层和烧伤，特别是表面磨削烧伤。
（9）用X射线应力测定仪器测量轴承工作前后的应力变化情况。
宏观检查的结果，有时可基本判断失效的形式和原因，但要进一步确定失效的性质，还必须取得更多的证据，做微观分析。
3.微观分析
失效轴承的微观分析包括光学金相分析、电子显微镜分析、探针和电子能谱分析等。主要是根据失效特征区的微观组织结构变化和对疲劳源、裂纹源的分析为失效分析提供更充分的判据或反证。微观分析中最常用、最普遍的方法是光学金相分析和对表面硬度检测。分析的内容应包括：
（1）材料质量是否符合有关标准和设计要求。
（2）轴承零件的基本组织和热处理质量是否符合有关要求。
（3）表层组织是否存在脱碳层、托氏体和其他表面加工变质层。
（4）测量渗碳层等表面强化层和多层金属各层组织的深度，腐蚀坑或裂纹的形态与深度，并根据裂纹的形状和两侧组织特征确定裂纹产生的原因及性质。
（5）根据晶粒大小、组织变形、局部相变、重结晶、相聚集等判断变形程度、温升情况、材料种类及工艺过程等。
（6）测量基本硬度、硬度均匀性及失效特征区的硬度变化。
（7）断口观察与分析。用扫描电子显微镜定性分析和测量观察断口。
（8）电子显微镜、探针和电子能谱在疲劳源和裂纹源分析中能测出断口的成分，发现断口的性质和断裂的原因。
以上介绍的轴承失效分析一般方法的三个步骤是一个由表及里逐步深入的分析过程。具体每一步骤中包含的内容应根据轴承失效的类型和特点，视具体情况取舍，但分析步骤是缺一不可的。而且在整个分析过程中，分析结果应始终与影响轴承失效的诸多因素联系起来，综合考虑。
三、轴承常见失效模式及对策
1．沟道单侧极限位置剥落
沟道单侧极限位置剥落主要表现在沟道与挡边交界处有严重的剥落环带。产生原因是轴承安装不到位或运转过程中突发轴向过载。采取对策是确保轴承安装到位或将自由侧轴承外圈配合改为间隙配合，以期轴承过载时使轴承得到补偿。
2．沟道在圆周方向呈对称位置剥落
对称位置剥落表现在内圈为周围环带剥落，而外圈呈周向对称位置剥落（即椭圆的短轴方向），其产生原因主要是因为外壳孔椭圆过大或两半分离式外壳孔结构，这在摩托车用凸轮轴轴承中表现尤为明显。当轴承压入椭圆偏大的外壳孔中或两半分离式外壳固紧时，使轴承外圈产生椭圆，在短轴方向的游隙明显减少甚至负游隙。轴承在载荷的作用下，内圈旋转产生周向剥落痕迹，外圈只在短轴方向的对称位置产生剥落痕迹。这是该轴承早期失效的主要原因，经对该轴承失效件检验表明，该轴承外径圆度已从原工艺控制的0.8μm变为27μm。此值远远大于径向游隙值。因此，可以肯定该轴承是在严重变形及负游隙下工作的，工作面上易早期形成异常的急剧磨损与剥落。采取的对策是提高外壳孔加工精度或尽可能不采用外壳孔两半分离结构。
3．滚道倾斜剥落
在轴承工作面上呈倾斜剥落环带，说明轴承是在倾斜状态下工作的，当倾斜角达到或超过临界状态时，易早期形成异常的急剧磨损与剥落。产生的原因主要是因为安装不良，轴有挠度、轴颈与外壳孔精度低等，采取对策为确保轴承安装质量与提高轴肩、孔肩的轴向跳动精度。
4．套圈断裂
套圈断裂失效一般较少见，往往是突发性过载造成。产生原因较为复杂，如轴承的原材料缺陷（气泡、缩孔）、锻造缺陷（过烧）、热处理缺陷（过热）、加工缺陷（局部烧伤或表面微裂纹）、主机缺陷（安装不良、润滑贫乏、瞬时过载）等，一旦受过载冲击负荷或剧烈振动均有可能使套圈断裂。采取对策为避免过载冲击载荷、选择适当的过盈量、提
安装精度、改善使用条件及加强轴承制造过程中的质量控制。
5．保持架断裂
保持架断裂属于偶发性非正常失效模式。其产生原因主要有以下五个方面：
a．保持架异常载荷。如安装不到位、倾斜、过盈量过大等易造成游隙减少，加剧摩擦生热，表面软化，过早出现异常剥落，随着剥落的扩展，剥落异物进入保持架兜孔中，导致保持架运转阻滞并产生附加载荷，加剧了保持架的磨损，如此恶化的循环作用，便可能造成保持架断裂。
b．润滑不良主要指轴承运转处于贫油状态，易形成粘着磨损，使工作表面状态恶化，粘着磨损产生的撕裂物易进入保持架，使保持架产生异常载荷，有可能造成保持架断裂。
c．外来异物的侵入是造成保持架断裂失效的常见模式。由于外来硬质异物的侵入，加剧了保持架的磨损与产生异常附加载荷，也有可能导致保持架断裂。
d．蠕变现象也是造成保持架断裂的原因之一。所谓蠕变多指套圈的滑动现象，在配合面过盈量不足的情况下，由于滑动而使载荷点向周围方向移动，产生套圈相对轴或外壳向圆周方向位置偏离的现象。蠕变一旦产生，配合面显着磨损，磨损粉末有可能进入轴承内部，形成异常磨损——滚道剥落——保持架磨损及附加载荷的过程，以至可能造成保持架断裂。
e．保持架材料缺陷（如裂纹、大块异金属夹杂物、缩孔、气泡）及铆合缺陷（缺钉、垫钉或两半保持架结合面空隙，严重铆伤）等均可能造成保持架断裂。采取对策为在制造过程中加以严格控制。
四、总结
综上所述，从轴承常见失效机理与失效模式可知，尽管滚动轴承是精密而可靠的机构基础体，但使用不当也会引起早期失效。一般情况下，如果能正确使用轴承，可使用至疲劳寿命为止。轴承的早期失效多起于主机配合部位的制造精度、安装质量、使用条件、润滑效果、外部异物侵入、热影响及主机突发故障等方面的因素。因此，正确合理地使用轴承是一项系统工程，在轴承结构设计、制造和装机过程中，针对产生早期失效的环节，采取相应的措施，可有效地提高轴承及主机的使用寿命，这是制造厂和客户应负有的共同责任。
#为什么生物大体上都是对称的#
看赵泠他们都在探讨是否对称的问题，我这里说说为什么会进化出对称。
虽然进化属于生物学范畴，但造成普遍对称趋势的却是物理现象。
先说动物。
自动物起源开始，就是生活在海洋里。所以它们每移动一步，就受到阻力和粘性力的影响。
不过，海绵一年也就移动几厘米，所以受力几乎可以忽略不计。因而，它们从宏观上的大结构来说，没有形成长得对称的动力。
但是，海绵生活在水里，海水动荡，对它们的影响也不能忽略不计。
所以，它们在一些局部上，尽量减少水冲击力的影响。于是长成了球状或者圆柱状的结构。
那为什么会长成球状或者柱状结构呢？
根据阻力公式：
[公式]
C为水的阻力系数；ρ为空气密度；S为迎风面积；V为水流速度。
当水的密度ρ和海绵结构的横截面S，以及水流速度相对固定时，阻力系数越低，那么受到的阻力也就越低，越有利于生存。
那什么样的阻力系数最低呢？
虽然不同的形状和状态影响阻力系数的计算，但对于形状相对固定的物体来说，它的阻力系数和夹角是正比关系的。
理论来说，海绵某一方向的夹角足够小，那么受到的阻力也就最小。
例如，旗鱼通过长长的“鼻尖”，来降低在水中的阻力。
那为什么海绵没有长得尖尖的呢？
主要原因在于水的流动是不固定的，来自四面八方。
就说像旗鱼这样，虽然前方受到的阻力是小了，但一个湍流从侧面而来，直接就被掀翻了。
所以就必须有一个形状，把四面八方阻力的上限降到最低。
在不考虑粘度的情况下，垂直平面的阻力系数是1，柱状（弧面）是0.5。
也就是说柱状或者球状，在应对四面八方来的水流时，可以降低一半的阻力，这是一个很大的优势。这同样是树干进化成柱状的根本原因。
随着生物的进化，动物有了更多的运动需求，出现了刺胞动物（水母等等）。
一开始进化出来的刺胞动物会是一些体型很小的动物，它们不仅受到水阻力的影响，也会受到粘度的影响。
根据牛顿粘性定律，粘性力 [公式]
η为动力粘度系数，A为接触面积，括号中间的是速度梯度。
从公式来看，在相同的温度，以及水流环境下，水的动力粘度系数和流速梯度都相对固定。
粘性力与接触面积A成正比，而对于形状不变的物体来说，物体的表面积又和接触面积成正比，与物体尺度的平方成正比。而物体的质量（惯性）与物体尺度的三次方成正比。
所以，对于尺度越小的物体来说，会受到粘性力的明显影响。
1883年，英国物理学家雷诺观察到了这一现象，首先总结出它们的关系：
[公式]
Re便是雷诺数，与流体密度ρ、流速v，以及物体的特征长度L（尺度大小）成正比，而与粘度μ成反比。
所以，在外界条件限定的情况下，雷诺数和尺度反比。
当雷诺数足够小时，粘性力的影响会大于惯性，严重影响生物的自主运动。而当雷诺数足够大时，惯性的影响会明显强过粘性力，生物自主运动的受到的影响就会较低。
所以我们也能观察到这样的现象，对于足够大的生物掉落在水中，没有明显的粘滞感。而对于蠓这样的小型动物来说，掉落水中就会有明显的粘滞感。
所以，一开始进化出来的小型刺胞动物，运动能力相当有限。
头部也只能往圆面的方向发展，来降低阻力。
头部形成了圆面，运动受力要均衡，自然也就形成了辐射对称，只能以涌动的方式进行运动。
后来，有一批水母的浮浪幼虫逐渐进化成了另外一种生物——扁形虫（浮浪幼虫起源说）。由于扁形虫干细胞比例高，再生能力强，100多年来，经常被人类切着玩。
例如涡虫，经常被碎尸万段，然后观察它们化整为零的表演。
那么，扁形虫这样扁扁的形状，是怎么进化出来的。
主要原因在于，它们起源的时候，是海洋底栖的。
在海洋底部的时候，你圆滚滚的状态，自然不利于运动的。反而变成扁形的，贴于海底，更有利于降低水的阻力。
一开始的扁形虫并不需要多大的运动需求，且随着生物提醒的增大，粘性力的影响也就越来越低了。后来的大体型生物，在进化的过程中，更多的受到阻力的影响。
正是因为这样的因素，所以底栖的海星和比目鱼都是扁形的。
但刺胞动物的浮浪幼虫，本身属于偏柱状的形态。
所以，随着底栖扁化之后，自然而然也就成了两侧对称的生物。
也差不多从扁形虫开始，动物逐渐分化成了后口和原口两大类。我们知道，生物进化其实就是一个模板再套一个模板的过程，已经写好的“代码”无法再抹除（当然，可以通过变成内含子来隐藏，但一些基本的框架已经无法改变）。
所以后来的原口和后口动物，自然就只能是以两侧对称为主了。
至于海星这样的棘皮动物来说，先天都是两侧对称，它们的辐射对称是次生出来的。
但为什么只有海星次生出辐射对称，在其它动物之中没有流行呢？
其实这主要和海星复杂的生活史有关。早期的生物，为了适应海洋环境，从进化出了比较复杂的生活史。例如，海鞘为首的尾索动物，甚至成年体还退化了“大脑”，直接营固着生活。
乃至于它们的形态，也带着那么一点的辐射状：
海胆甚至还长得给个球样。
决定这一切的，又得回归到物理上来。
无论这些动物怎样千姿百态，它们之所以长得这样的与众生不同，有一个很大的特点，就是成年体速度很慢，甚至直接营固着生活。它们自然需要根据环境的不同，变化自己的形态，以在保证生活所需的状态下，尽量的降低水流的影响。
而对于越有速度需求的生物，形态则更加的往流线型的方向发展。
寒武纪爆发时，节肢动物出现，但节肢动物很依赖几丁质外壳，它们的运动速度相对来说，也并不是很快，而且不少也是底栖生物。
所以整体形态，依旧是扁状的。
但同时期进化出来的脊索动物就不一样了，它们在节肢动物的早期制霸下，必须快速逃跑，所以进化出了发达的肌肉和流线型的体态。
所以，进化成今天鱼类这样扁形的形态，才是最有利生存的。
这样既能降低阻力面积，又能方便肌肉源源不断地提供进行的动力。甚至进化出了各种鱼鳍，方面驱动和协调。
先前已经说了，生物在后天的进化过程中，无论生理功能随着环境再怎么变化，也离不开祖辈的遗传模板。
所以，后来进化出来的哺乳动物，在陆地上哪怕进化出了厚实的身板，对于那些重返海洋的哺乳动物来说，在没有遇到特殊生境压力的情况下，它们也无法再变成鱼的体态。
它们主要改造身体的流线型结构，但厚实的身板依旧和一半鱼类有着极大的差别。
当然，对于大体型的鱼类来说（例如鲨鱼），只要不是底栖的，都会有更大的演化动力往厚实的体型发展，毕竟体型足够大之后，过扁的竖状的体型，会受到阻力的过大影响，不利于生存。
但无论怎么发展，都不会怎么失去对称性。过于不对称，代表着左右两边受力不均匀，会大大影响生存能力。尤其是对于飞行的鸟和昆虫来说。
最后简单说说植物。
由于植物，几乎完全不动，所以它们的形态，更是受到环境的影响。
例如，风决定了树干的圆柱状，对光的竞争，决定了叶片的两侧对称。繁殖需求，决定了花朵的对称性。
但是，植物的宏观形态，通常不存在什么对称性。
总的来说，生物大体上都是对称的，主要原因在于，受到生物力学长达数亿年的影响。
根据对不同环境的不同适应，它们的对称，自然也有各种各样的差异。
更何况，绝对的对称，只存在于数学之中。
看赵泠他们都在探讨是否对称的问题，我这里说说为什么会进化出对称。
虽然进化属于生物学范畴，但造成普遍对称趋势的却是物理现象。
先说动物。
自动物起源开始，就是生活在海洋里。所以它们每移动一步，就受到阻力和粘性力的影响。
不过，海绵一年也就移动几厘米，所以受力几乎可以忽略不计。因而，它们从宏观上的大结构来说，没有形成长得对称的动力。
但是，海绵生活在水里，海水动荡，对它们的影响也不能忽略不计。
所以，它们在一些局部上，尽量减少水冲击力的影响。于是长成了球状或者圆柱状的结构。
那为什么会长成球状或者柱状结构呢？
根据阻力公式：
[公式]
C为水的阻力系数；ρ为空气密度；S为迎风面积；V为水流速度。
当水的密度ρ和海绵结构的横截面S，以及水流速度相对固定时，阻力系数越低，那么受到的阻力也就越低，越有利于生存。
那什么样的阻力系数最低呢？
虽然不同的形状和状态影响阻力系数的计算，但对于形状相对固定的物体来说，它的阻力系数和夹角是正比关系的。
理论来说，海绵某一方向的夹角足够小，那么受到的阻力也就最小。
例如，旗鱼通过长长的“鼻尖”，来降低在水中的阻力。
那为什么海绵没有长得尖尖的呢？
主要原因在于水的流动是不固定的，来自四面八方。
就说像旗鱼这样，虽然前方受到的阻力是小了，但一个湍流从侧面而来，直接就被掀翻了。
所以就必须有一个形状，把四面八方阻力的上限降到最低。
在不考虑粘度的情况下，垂直平面的阻力系数是1，柱状（弧面）是0.5。
也就是说柱状或者球状，在应对四面八方来的水流时，可以降低一半的阻力，这是一个很大的优势。这同样是树干进化成柱状的根本原因。
随着生物的进化，动物有了更多的运动需求，出现了刺胞动物（水母等等）。
一开始进化出来的刺胞动物会是一些体型很小的动物，它们不仅受到水阻力的影响，也会受到粘度的影响。
根据牛顿粘性定律，粘性力 [公式]
η为动力粘度系数，A为接触面积，括号中间的是速度梯度。
从公式来看，在相同的温度，以及水流环境下，水的动力粘度系数和流速梯度都相对固定。
粘性力与接触面积A成正比，而对于形状不变的物体来说，物体的表面积又和接触面积成正比，与物体尺度的平方成正比。而物体的质量（惯性）与物体尺度的三次方成正比。
所以，对于尺度越小的物体来说，会受到粘性力的明显影响。
1883年，英国物理学家雷诺观察到了这一现象，首先总结出它们的关系：
[公式]
Re便是雷诺数，与流体密度ρ、流速v，以及物体的特征长度L（尺度大小）成正比，而与粘度μ成反比。
所以，在外界条件限定的情况下，雷诺数和尺度反比。
当雷诺数足够小时，粘性力的影响会大于惯性，严重影响生物的自主运动。而当雷诺数足够大时，惯性的影响会明显强过粘性力，生物自主运动的受到的影响就会较低。
所以我们也能观察到这样的现象，对于足够大的生物掉落在水中，没有明显的粘滞感。而对于蠓这样的小型动物来说，掉落水中就会有明显的粘滞感。
所以，一开始进化出来的小型刺胞动物，运动能力相当有限。
头部也只能往圆面的方向发展，来降低阻力。
头部形成了圆面，运动受力要均衡，自然也就形成了辐射对称，只能以涌动的方式进行运动。
后来，有一批水母的浮浪幼虫逐渐进化成了另外一种生物——扁形虫（浮浪幼虫起源说）。由于扁形虫干细胞比例高，再生能力强，100多年来，经常被人类切着玩。
例如涡虫，经常被碎尸万段，然后观察它们化整为零的表演。
那么，扁形虫这样扁扁的形状，是怎么进化出来的。
主要原因在于，它们起源的时候，是海洋底栖的。
在海洋底部的时候，你圆滚滚的状态，自然不利于运动的。反而变成扁形的，贴于海底，更有利于降低水的阻力。
一开始的扁形虫并不需要多大的运动需求，且随着生物提醒的增大，粘性力的影响也就越来越低了。后来的大体型生物，在进化的过程中，更多的受到阻力的影响。
正是因为这样的因素，所以底栖的海星和比目鱼都是扁形的。
但刺胞动物的浮浪幼虫，本身属于偏柱状的形态。
所以，随着底栖扁化之后，自然而然也就成了两侧对称的生物。
也差不多从扁形虫开始，动物逐渐分化成了后口和原口两大类。我们知道，生物进化其实就是一个模板再套一个模板的过程，已经写好的“代码”无法再抹除（当然，可以通过变成内含子来隐藏，但一些基本的框架已经无法改变）。
所以后来的原口和后口动物，自然就只能是以两侧对称为主了。
至于海星这样的棘皮动物来说，先天都是两侧对称，它们的辐射对称是次生出来的。
但为什么只有海星次生出辐射对称，在其它动物之中没有流行呢？
其实这主要和海星复杂的生活史有关。早期的生物，为了适应海洋环境，从进化出了比较复杂的生活史。例如，海鞘为首的尾索动物，甚至成年体还退化了“大脑”，直接营固着生活。
乃至于它们的形态，也带着那么一点的辐射状：
海胆甚至还长得给个球样。
决定这一切的，又得回归到物理上来。
无论这些动物怎样千姿百态，它们之所以长得这样的与众生不同，有一个很大的特点，就是成年体速度很慢，甚至直接营固着生活。它们自然需要根据环境的不同，变化自己的形态，以在保证生活所需的状态下，尽量的降低水流的影响。
而对于越有速度需求的生物，形态则更加的往流线型的方向发展。
寒武纪爆发时，节肢动物出现，但节肢动物很依赖几丁质外壳，它们的运动速度相对来说，也并不是很快，而且不少也是底栖生物。
所以整体形态，依旧是扁状的。
但同时期进化出来的脊索动物就不一样了，它们在节肢动物的早期制霸下，必须快速逃跑，所以进化出了发达的肌肉和流线型的体态。
所以，进化成今天鱼类这样扁形的形态，才是最有利生存的。
这样既能降低阻力面积，又能方便肌肉源源不断地提供进行的动力。甚至进化出了各种鱼鳍，方面驱动和协调。
先前已经说了，生物在后天的进化过程中，无论生理功能随着环境再怎么变化，也离不开祖辈的遗传模板。
所以，后来进化出来的哺乳动物，在陆地上哪怕进化出了厚实的身板，对于那些重返海洋的哺乳动物来说，在没有遇到特殊生境压力的情况下，它们也无法再变成鱼的体态。
它们主要改造身体的流线型结构，但厚实的身板依旧和一半鱼类有着极大的差别。
当然，对于大体型的鱼类来说（例如鲨鱼），只要不是底栖的，都会有更大的演化动力往厚实的体型发展，毕竟体型足够大之后，过扁的竖状的体型，会受到阻力的过大影响，不利于生存。
但无论怎么发展，都不会怎么失去对称性。过于不对称，代表着左右两边受力不均匀，会大大影响生存能力。尤其是对于飞行的鸟和昆虫来说。
最后简单说说植物。
由于植物，几乎完全不动，所以它们的形态，更是受到环境的影响。
例如，风决定了树干的圆柱状，对光的竞争，决定了叶片的两侧对称。繁殖需求，决定了花朵的对称性。
但是，植物的宏观形态，通常不存在什么对称性。
总的来说，生物大体上都是对称的，主要原因在于，受到生物力学长达数亿年的影响。
根据对不同环境的不同适应，它们的对称，自然也有各种各样的差异。
更何况，绝对的对称，只存在于数学之中。
重绘火山喷发历史 贝叶斯方法画出更精准时间轴
火山灰年代学可以帮助我们解决一些重要的科学问题，比如大型火山喷发事件与气候变化、人类演化之间的成因联系，以及气候快速变化事件的区域差异等。
西班牙加纳利群岛拉帕尔马岛火山自9月19日爆发后，至今仍在持续活动。大规模的火山喷发会释放出大量火山气体和火山灰，可能对地球气候和人类活动造成严重影响。
而对于科学家来说，火山灰是极佳的研究对象，是理解地球系统演化的关键信息。近日，中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室、深地科学卓越研究中心博士后陈宣谕，中国科学院院士徐义刚与英国学者合作，采用贝叶斯统计方法研究了两大火山灰的火山喷发年龄，在年轻火山喷发定年研究中取得新进展，相关研究发表于《第四纪地质年代学》。
确定火山灰年龄意义重大
火山灰是指火山爆炸性喷发形成的、直径小于2毫米的喷发碎屑。在爆炸性火山活动中，围岩和岩浆被炸碎成细小的颗粒从而形成火山灰。火山灰从火山口喷发到大气中，经过大气搬运再沉降到各类环境中，整个过程时间非常短，通常只有数年左右。从地质时间尺度来看，这几乎是瞬时的，所以在各种地质记录中，火山灰是一种高精度的绝对时间标志层。
“火山灰年代学研究是利用地质记录中的火山灰层来确定地质年代的科学，研究内容涉及火山灰的化学成分、地层位置、空间分布，以及喷发年代等。”陈宣谕表示，火山灰年代学可以帮助我们解决一些重要的科学问题，比如大型火山喷发事件与气候变化、人类演化之间的成因联系，以及气候快速变化事件的区域差异等。
值得一提的是，绝对时间是地球科学研究中的一个重要参数，只有得到各个地质事件发生的准确年代，才能判断相关事件的因果关系（比如火山喷发与气候变化）和了解地球完整的演化历史。
火山灰年代学的核心原理之一，是不同地点发现的相同火山灰层具有一致的年龄，因此厘定火山灰标志层准确的喷发年龄十分关键，其可用于各类地质、古环境和考古学记录的定年。本次选取的研究对象为Ko-g和Ma-f~j火山灰，它们是日本北部重要的时间标志层，分别来自北海道驹岳和摩周火山全新世规模最大的普林尼式喷发。
“尽管过去的研究对上述火山灰开展了大量的放射性碳（14C）测年工作，但不同研究的结果差异较大，关于火山灰的喷发年龄尚无一致认识。” 陈宣谕指出，过去的研究中还存在采样偏差、可能的样品污染以及14C年龄校正等问题，这些问题对单个14C测年结果影响较大。
此次研究中，研究人员利用贝叶斯统计建模方法开展火山喷发年龄研究。经综合分析所有近源和远源年代学和地层学信息后，该研究为Ko-g火山灰提供了目前最准确且最精确的年龄估算，而为Ma-f~j火山灰提供了目前最准确的年龄估算，确证了上述两次大型喷发分别发生在距今约6600和7500年以前。
火山灰定年方法总体有两大类
对火山喷发时间的估算实际上是对喷发产物的定年研究。火山灰是火山爆炸性喷发的产物，对其开展定年大体上包括直接测年和间接测年两类方法。
直接测年利用火山灰中的原生矿物或玻璃确定火山灰年龄，方法主要是放射性测年法，如氩—氩法、铀系法、释光法等。间接测年利用包裹火山灰或被火山灰包裹的外来物质间接地确定火山灰年龄，方法主要是放射性测年法和增量法。如对火山喷发碎屑中的碳化木或火山灰下部土壤中的有机质开展的14C测年就属于放射性测年法，而通过纹层年代学、冰芯年代学得到的火山灰年龄则属于增量法。
“间接测年法还包括对含有火山灰的沉积层序开展年龄模拟，本次研究就属于这一范畴。”陈宣谕说。
据介绍，本次研究利用英国牛津大学的OxCal软件建立阶段模型分析火山灰的近源14C年龄。样品依据其与火山灰层的相对地层关系，被纳入不同的沉积阶段，如喷发前、同喷发、喷发后阶段。阶段模型在校正样品年龄的过程中，同时考虑了样品地层位置给火山灰带来的年代学制约。陈宣谕告诉记者：“这与先前研究中，将采自火山灰之中和之下（紧邻地层中）样品的年龄均认为是喷发年龄相比更为准确。”
由于Ko-g和Ma-f~j火山灰在远源湖泊中被识别，且相应湖泊沉积记录具有大量14C测年数据，这使得利用贝叶斯统计方法进一步分析所有近、远源信息成为可能。研究人员利用湖泊14C年代学和地层学数据，构建了正式的“沉积”模型，该模型利用泊松过程模拟湖泊沉积物形成过程。根据火山灰在沉积记录中的层位，沉积模型在相应位置交叉引用了上述两层火山灰的阶段模型，实现了同时分析与火山灰相关的所有可用的年代学和地层学信息。
有助完善东亚全新世火山灰地层框架
本次研究运用的年代学建模方法是基于贝叶斯分析的一种统计方法。
“贝叶斯分析方法就是将关于未知参数的先验信息与样本信息综合，根据贝叶斯公式得出后验信息，再根据后验信息推断未知参数的方法。该方法的优势之一是在处理非常复杂问题时的高效性。”据陈宣谕介绍，对于东亚火山灰研究，过去对火山喷发年龄的估算通常基于单个14C测年结果，但由于采样偏差、可能的样品污染以及14C年龄校正等问题，单个样品测年结果的误差较大，不同研究得到的结果可以相差数千年的时间。
“测年结果的误差主要与两方面因素有关。一方面是各类测年方法固有的误差，如仪器测定的误差，又如14C年龄校正过程中产生的误差，这类误差较难避免；另一方面，是采样过程中可能存在的偏差或样品污染等，这类误差属于样品处理过程中人为引入的误差，通常可以避免。”陈宣谕说。
本次研究利用贝叶斯统计方法构建模型，综合分析了来自多个地点的、与火山灰相关的所有可用的年代学信息，同时还将地层学信息纳入模型。这类综合分析大量信息的方法，使得对火山喷发年龄估算的准确度有极大的提升。研究中，喷发年龄估算的精确度也较过去的研究有所提升。
在国际火山学界，学者们已经意识到贝叶斯统计方法可以为估算火山喷发年龄提供准度和精度更高的结果，该方法也越来越多地被应用至火山灰年代学研究中。大型爆炸性火山喷发的产物，由于其分布广泛，常在不同记录中被发现和测年，因此文献中有很多这类火山灰的地层和年龄信息，而利用贝叶斯统计方法可以综合分析这些信息并对火山喷发年龄进行优化。
“这一方法目前在欧美地区应用较多，但在亚洲地区应用很少。”陈宣谕表示，该项研究是利用贝叶斯统计方法优化火山灰年龄的一个范例，研究结果厘清了过去关于火山喷发年龄的争论，增强了相应火山灰作为定年工具的作用，为完善东亚全新世火山灰地层框架提供了关键信息。
来源：科技日报
火山灰年代学可以帮助我们解决一些重要的科学问题，比如大型火山喷发事件与气候变化、人类演化之间的成因联系，以及气候快速变化事件的区域差异等。
西班牙加纳利群岛拉帕尔马岛火山自9月19日爆发后，至今仍在持续活动。大规模的火山喷发会释放出大量火山气体和火山灰，可能对地球气候和人类活动造成严重影响。
而对于科学家来说，火山灰是极佳的研究对象，是理解地球系统演化的关键信息。近日，中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室、深地科学卓越研究中心博士后陈宣谕，中国科学院院士徐义刚与英国学者合作，采用贝叶斯统计方法研究了两大火山灰的火山喷发年龄，在年轻火山喷发定年研究中取得新进展，相关研究发表于《第四纪地质年代学》。
确定火山灰年龄意义重大
火山灰是指火山爆炸性喷发形成的、直径小于2毫米的喷发碎屑。在爆炸性火山活动中，围岩和岩浆被炸碎成细小的颗粒从而形成火山灰。火山灰从火山口喷发到大气中，经过大气搬运再沉降到各类环境中，整个过程时间非常短，通常只有数年左右。从地质时间尺度来看，这几乎是瞬时的，所以在各种地质记录中，火山灰是一种高精度的绝对时间标志层。
“火山灰年代学研究是利用地质记录中的火山灰层来确定地质年代的科学，研究内容涉及火山灰的化学成分、地层位置、空间分布，以及喷发年代等。”陈宣谕表示，火山灰年代学可以帮助我们解决一些重要的科学问题，比如大型火山喷发事件与气候变化、人类演化之间的成因联系，以及气候快速变化事件的区域差异等。
值得一提的是，绝对时间是地球科学研究中的一个重要参数，只有得到各个地质事件发生的准确年代，才能判断相关事件的因果关系（比如火山喷发与气候变化）和了解地球完整的演化历史。
火山灰年代学的核心原理之一，是不同地点发现的相同火山灰层具有一致的年龄，因此厘定火山灰标志层准确的喷发年龄十分关键，其可用于各类地质、古环境和考古学记录的定年。本次选取的研究对象为Ko-g和Ma-f~j火山灰，它们是日本北部重要的时间标志层，分别来自北海道驹岳和摩周火山全新世规模最大的普林尼式喷发。
“尽管过去的研究对上述火山灰开展了大量的放射性碳（14C）测年工作，但不同研究的结果差异较大，关于火山灰的喷发年龄尚无一致认识。” 陈宣谕指出，过去的研究中还存在采样偏差、可能的样品污染以及14C年龄校正等问题，这些问题对单个14C测年结果影响较大。
此次研究中，研究人员利用贝叶斯统计建模方法开展火山喷发年龄研究。经综合分析所有近源和远源年代学和地层学信息后，该研究为Ko-g火山灰提供了目前最准确且最精确的年龄估算，而为Ma-f~j火山灰提供了目前最准确的年龄估算，确证了上述两次大型喷发分别发生在距今约6600和7500年以前。
火山灰定年方法总体有两大类
对火山喷发时间的估算实际上是对喷发产物的定年研究。火山灰是火山爆炸性喷发的产物，对其开展定年大体上包括直接测年和间接测年两类方法。
直接测年利用火山灰中的原生矿物或玻璃确定火山灰年龄，方法主要是放射性测年法，如氩—氩法、铀系法、释光法等。间接测年利用包裹火山灰或被火山灰包裹的外来物质间接地确定火山灰年龄，方法主要是放射性测年法和增量法。如对火山喷发碎屑中的碳化木或火山灰下部土壤中的有机质开展的14C测年就属于放射性测年法，而通过纹层年代学、冰芯年代学得到的火山灰年龄则属于增量法。
“间接测年法还包括对含有火山灰的沉积层序开展年龄模拟，本次研究就属于这一范畴。”陈宣谕说。
据介绍，本次研究利用英国牛津大学的OxCal软件建立阶段模型分析火山灰的近源14C年龄。样品依据其与火山灰层的相对地层关系，被纳入不同的沉积阶段，如喷发前、同喷发、喷发后阶段。阶段模型在校正样品年龄的过程中，同时考虑了样品地层位置给火山灰带来的年代学制约。陈宣谕告诉记者：“这与先前研究中，将采自火山灰之中和之下（紧邻地层中）样品的年龄均认为是喷发年龄相比更为准确。”
由于Ko-g和Ma-f~j火山灰在远源湖泊中被识别，且相应湖泊沉积记录具有大量14C测年数据，这使得利用贝叶斯统计方法进一步分析所有近、远源信息成为可能。研究人员利用湖泊14C年代学和地层学数据，构建了正式的“沉积”模型，该模型利用泊松过程模拟湖泊沉积物形成过程。根据火山灰在沉积记录中的层位，沉积模型在相应位置交叉引用了上述两层火山灰的阶段模型，实现了同时分析与火山灰相关的所有可用的年代学和地层学信息。
有助完善东亚全新世火山灰地层框架
本次研究运用的年代学建模方法是基于贝叶斯分析的一种统计方法。
“贝叶斯分析方法就是将关于未知参数的先验信息与样本信息综合，根据贝叶斯公式得出后验信息，再根据后验信息推断未知参数的方法。该方法的优势之一是在处理非常复杂问题时的高效性。”据陈宣谕介绍，对于东亚火山灰研究，过去对火山喷发年龄的估算通常基于单个14C测年结果，但由于采样偏差、可能的样品污染以及14C年龄校正等问题，单个样品测年结果的误差较大，不同研究得到的结果可以相差数千年的时间。
“测年结果的误差主要与两方面因素有关。一方面是各类测年方法固有的误差，如仪器测定的误差，又如14C年龄校正过程中产生的误差，这类误差较难避免；另一方面，是采样过程中可能存在的偏差或样品污染等，这类误差属于样品处理过程中人为引入的误差，通常可以避免。”陈宣谕说。
本次研究利用贝叶斯统计方法构建模型，综合分析了来自多个地点的、与火山灰相关的所有可用的年代学信息，同时还将地层学信息纳入模型。这类综合分析大量信息的方法，使得对火山喷发年龄估算的准确度有极大的提升。研究中，喷发年龄估算的精确度也较过去的研究有所提升。
在国际火山学界，学者们已经意识到贝叶斯统计方法可以为估算火山喷发年龄提供准度和精度更高的结果，该方法也越来越多地被应用至火山灰年代学研究中。大型爆炸性火山喷发的产物，由于其分布广泛，常在不同记录中被发现和测年，因此文献中有很多这类火山灰的地层和年龄信息，而利用贝叶斯统计方法可以综合分析这些信息并对火山喷发年龄进行优化。
“这一方法目前在欧美地区应用较多，但在亚洲地区应用很少。”陈宣谕表示，该项研究是利用贝叶斯统计方法优化火山灰年龄的一个范例，研究结果厘清了过去关于火山喷发年龄的争论，增强了相应火山灰作为定年工具的作用，为完善东亚全新世火山灰地层框架提供了关键信息。
来源：科技日报
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