Датировка по треку деления - Fission track dating

Вероятно, следы от деления 238U в каком-то минерале

Деление трекового датирования является радиометрического датирования метод , основанный на анализе повреждения следов или следов, оставленных деления фрагментов в некоторых урановых водоносного минералов и стекол . Датирование по трекам деления - относительно простой метод радиометрического датирования, который оказал значительное влияние на понимание термической истории континентальной коры , времени вулканических событий, а также источника и возраста различных археологических артефактов. Метод включает использование числа событий деления, вызванных спонтанным распадом урана-238 в обычных дополнительных минералах, для определения времени охлаждения породы ниже температуры закрытия . Треки деления чувствительны к теплу, и поэтому этот метод полезен для выяснения термической эволюции горных пород и минералов. Большинство современных исследований с использованием треков деления нацелены на: а) понимание эволюции горных поясов; б) определение источника или происхождения отложений; в) изучение термической эволюции бассейнов ; г) определение возраста плохо датированных слоев ; д) датировка и определение происхождения археологических артефактов.

Метод

В отличие от других методов изотопного датирования, " дочерний " в датировке по треку деления - это эффект в кристалле, а не дочерний изотоп. Уран-238 подвергается спонтанному делению с известной скоростью, и это единственный изотоп, скорость распада которого имеет отношение к значительному образованию естественных треков деления; другие изотопы имеют слишком низкую скорость распада деления, чтобы иметь значение. Осколки, испускаемые в результате этого процесса деления, оставляют следы повреждений (следы ископаемых или ионные следы ) в кристаллической структуре минерала, содержащего уран. Процесс производства треков по сути тот же, при котором быстрые тяжелые ионы производят ионные треки. Химическое травление полированных внутренних поверхностей этих минералов выявляет треки спонтанного деления, и можно определить их плотность. Поскольку протравленные дорожки относительно велики (в диапазоне от 1 до 15 микрометров), подсчет можно производить с помощью оптической микроскопии , хотя используются и другие методы визуализации. Плотность следов окаменелостей коррелирует с возрастом остывания образца и содержанием урана, которое необходимо определять независимо.

Для определения содержания урана использовалось несколько методов. Одним из методов является нейтронное облучение , при котором образец облучают тепловыми нейтронами в ядерном реакторе с помощью внешнего детектора, такого как слюда , прикрепленного к поверхности зерна. Нейтронное облучение вызывает деление урана-235 в образце, и полученные индуцированные треки используются для определения содержания урана в образце, поскольку соотношение ²³⁵ U: ²³⁸ U хорошо известно и считается постоянным по природе. Однако это не всегда постоянно. Чтобы определить количество событий индуцированного деления, которые произошли во время нейтронного облучения, к образцу прикрепляют внешний детектор, и образец и детектор одновременно облучаются тепловыми нейтронами . Внешний детектор обычно представляет собой хлопья слюды с низким содержанием урана, но также использовались пластмассы, такие как CR-39. В результате индуцированного деления урана-235 в образце образуются индуцированные треки в вышележащем внешнем детекторе, которые позже обнаруживаются химическим травлением. Соотношение спонтанных и индуцированных следов пропорционально возрасту.

Другой метод определения концентрации урана - это метод LA-ICPMS, при котором на кристалл попадает лазерный луч, и он подвергается абляции, а затем материал пропускается через масс-спектрометр .

Приложения

В отличие от многих других методов датирования, датирование по треку деления уникально подходит для определения низкотемпературных термических явлений с использованием общих дополнительных минералов в очень широком геологическом диапазоне (обычно от 0,1 до 2000 млн лет). Апатит , сфен , циркон , слюды и вулканическое стекло обычно содержат достаточно урана, чтобы его можно было использовать при датировании образцов относительно молодого возраста ( мезозой и кайнозой ), и они являются наиболее полезными материалами для этой техники. Кроме того, для очень старых образцов (от палеозоя до докембрия ) могут использоваться эпидоты и гранаты с низким содержанием урана . Метод датирования по треку деления широко используется для понимания термической эволюции верхней коры, особенно в горных поясах. Треки деления сохраняются в кристалле, когда окружающая температура породы падает ниже температуры отжига. Эта температура отжига варьируется от минерала к минералу и является основой для определения зависимости низких температур от времени. Хотя детали температуры закрытия сложны, они составляют приблизительно от 70 до 110 ° C для типичного апатита, c. От 230 до 250 ° C для циркона и c. 300 ° C для титанита.

Поскольку нагрев образца выше температуры отжига приводит к заживлению или отжигу повреждения делением, этот метод полезен для датировки самого последнего события охлаждения в истории образца. Этот сброс часов можно использовать для исследования термической истории отложений бассейна , эксгумации километрового масштаба, вызванной тектонизмом и эрозией , низкотемпературными метаморфическими явлениями и образованием геотермальных жил . Метод трека деления также использовался для датировки археологических памятников и артефактов. Он был использован для подтверждения калий-аргоновых дат отложений в Олдувайском ущелье .

Анализ происхождения обломочных зерен

Ряд датируемых минералов встречается в песчаниках в виде обычных обломочных зерен, и, если пласты не были заглублены слишком глубоко, эти минеральные зерна сохраняют информацию о материнской породе. Анализ треков деления этих минералов дает информацию о термической эволюции материнских пород и, следовательно, может использоваться для понимания происхождения и эволюции горных поясов, которые сбрасывают отложения. Этот метод детритного анализа чаще всего применяется к циркону, потому что он очень распространен и устойчив в осадочной системе, и, кроме того, он имеет относительно высокую температуру отжига, так что во многих осадочных бассейнах кристаллы не восстанавливаются при более позднем нагревании.

Датирование обломочного циркона по треку деления - широко применяемый аналитический инструмент, используемый для понимания тектонической эволюции территорий источника, которые оставили длительные и непрерывные эрозионные записи в прилегающих пластах бассейна. Ранние исследования были сосредоточены на использовании возраста похолодания в обломочном цирконе из стратиграфических последовательностей для документирования времени и скорости эрозии горных пород в прилегающих орогенных поясах (горных хребтах). Ряд недавних исследований объединили U / Pb и / или гелиевое датирование (U + Th / He) на монокристаллах для документирования конкретной истории отдельных кристаллов. Этот подход двойного датирования является чрезвычайно мощным инструментом происхождения, поскольку может быть получена почти полная история кристаллов, и поэтому исследователи могут с относительной уверенностью определить конкретные области-источники с отличной геологической историей. Возраст по трекам деления обломочного циркона может составлять от 1 до 2000 млн лет.

Смотрите также

• термохронология

использованная литература

дальнейшее чтение