Датирование по следам деления

Травленые следы деления урана-238 в апатите. Длина треков составляет примерно 17 микрон.

Датирование по следам деления — это метод радиометрического датирования, на анализе следов повреждений или следов, оставленных осколками деления в некоторых урансодержащих основанный минералах и стеклах . Датирование по следам 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 предполагает использование количества актов деления, возникших в результате спонтанного распада урана-238 в обычных акцессорных минералах, для определения времени охлаждения породы ниже температуры закрытия . Треки деления чувствительны к теплу, и поэтому этот метод полезен для раскрытия термической эволюции горных пород и минералов. Большинство современных исследований с использованием следов деления направлено на: а) понимание эволюции горных поясов; б) определение источника или происхождения отложений; в) изучение термической эволюции бассейнов ; г) определение возраста плохо датированных толщ ; и e) определение датировки и происхождения археологических артефактов.

В 1930-х годах было обнаружено, что уран (в частности, U-235) подвергается делению при ударе нейтронами. Это вызывало следы повреждений в твердых телах, которые можно было обнаружить с помощью химического травления.

Метод

В отличие от других методов изотопного датирования, « дочерний » датировщик по трекам деления — это эффект в кристалле, а не дочерний изотоп. Уран-238 подвергается спонтанному распаду деления с известной скоростью, и это единственный изотоп, скорость распада которого имеет отношение к значительному образованию следов естественного деления; другие изотопы имеют слишком медленную скорость распада, чтобы иметь какое-либо значение. Фрагменты, испускаемые в результате этого процесса деления оставлять следы повреждений (ископаемые следы или ионные следы ) в кристаллической структуре минерала, содержащего уран. Процесс создания треков, по сути, тот же, с помощью которого быстрые тяжелые ионы создают ионные треки.Химическое травление полированной внутренней поверхности этих минералов обнаруживает следы спонтанного деления, и можно определить плотность треков. Поскольку протравленные треки относительно велики (в диапазоне от 1 до 15 микрометров), подсчет можно проводить с помощью оптической микроскопии , хотя используются и другие методы визуализации. Плотность ископаемых следов коррелирует с возрастом остывания образца и содержанием урана, которое необходимо определять самостоятельно.

Для определения содержания урана использовалось несколько методов. Одним из методов является нейтронное облучение , при котором образец облучается тепловыми нейтронами в ядерном реакторе с помощью внешнего детектора, такого как слюда , прикрепленного к поверхности зерна. Нейтронное облучение вызывает деление урана-235 в образце, а полученные в результате индуцированные треки используются для определения содержания урана в образце, поскольку ²³⁵ В: ²³⁸ Отношение U хорошо известно и предполагается постоянным по природе. Однако оно не всегда постоянно. Для определения количества актов вынужденного деления, произошедших во время нейтронного облучения, к образцу прикрепляют внешний детектор, и образец и детектор одновременно облучаются тепловыми нейтронами . Внешний детектор обычно представляет собой чешуйку слюды с низким содержанием урана, но также используются такие пластики, как CR-39. В результате индуцированного деления урана-235 в образце создаются индуцированные треки на вышележащем внешнем детекторе, которые позже обнаруживаются с помощью химического травления. Соотношение спонтанных и индуцированных треков пропорционально возрасту.

Другой метод определения концентрации урана — это LA-ICPMS, метод, при котором кристалл подвергается воздействию лазерного луча и удаляется, а затем материал пропускается через масс-спектрометр .

Приложения

В отличие от многих других методов датирования, датирование по трекам деления уникально подходит для определения низкотемпературных термических событий с использованием обычных акцессорных минералов в очень широком геологическом диапазоне (обычно от 0,1 до 2000 млн лет назад). Апатит , сфен , циркон , слюды и вулканическое стекло обычно содержат достаточно урана, чтобы их можно было использовать при датировании образцов относительно молодого возраста ( мезозоя и кайнозоя ), и они являются материалами, наиболее полезными для этого метода. с низким содержанием урана эпидоты и гранаты можно использовать Кроме того, для очень старых образцов ( от палеозоя до докембрия ) . Метод датирования по трекам деления широко используется для понимания термической эволюции верхней коры, особенно в горных поясах. Следы деления сохраняются в кристалле, когда температура окружающей среды породы падает ниже температуры отжига. Эта температура отжига варьируется от минерала к минералу и является основой для определения зависимости низкой температуры от времени. Хотя детали температуры закрытия сложны, для типичного апатита они составляют примерно от 70 до 110 ° C, c. от 230 до 250 °C для циркона и c. 300°С для титанита.

Поскольку нагрев образца выше температуры отжига приводит к заживлению или отжигу повреждений деления, этот метод полезен для датирования самого последнего события охлаждения в истории образца. Этот сброс часов можно использовать для исследования термической истории бассейна отложений , эксгумации километрового масштаба, вызванной тектонизмом и эрозией , низкотемпературных метаморфических явлений и образования геотермальных жил . Метод треков деления также использовался для датировки археологических памятников и артефактов. Его использовали для подтверждения калий-аргоновой датировки отложений в Олдувайском ущелье .

Анализ происхождения обломочных зерен

Ряд датируемых минералов встречается в виде обычных детритовых зерен в песчаниках, и, если пласты не залегли слишком глубоко, эти минералы 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 осадки. Этот метод детритового анализа чаще всего применяется к циркону, поскольку он очень распространен и устойчив в осадочной системе, а также имеет относительно высокую температуру отжига, поэтому во многих осадочных бассейнах кристаллы не восстанавливаются при последующем нагревании.

Датирование обломочного циркона по следам деления — это широко применяемый аналитический инструмент, используемый для понимания тектонической эволюции исходных территорий, которые оставили длительную и непрерывную эрозионную запись в прилегающих слоях бассейна. Ранние исследования были сосредоточены на использовании возрастов остывания обломочного циркона из стратиграфических последовательностей для документирования времени и скорости эрозии пород в прилегающих орогенных поясах (горных хребтах). В ряде недавних исследований было объединено датирование монокристаллов U/Pb и/или гелием (U+Th/He), чтобы документировать конкретную историю отдельных кристаллов. Этот подход двойного датирования является чрезвычайно мощным инструментом определения происхождения, поскольку можно получить почти полную историю кристаллов, и, следовательно, исследователи могут с относительной уверенностью определить конкретные области источников с различной геологической историей. Возраст треков деления обломочного циркона может составлять от 1 до 2000 млн лет назад.

См. также

• Радиометрическое датирование
• Термохронология

Дальнейшее чтение

• Нэзер, К.В., Датирование треков деления и геологический отжиг треков деления , в: Егер, Э. и Дж. К. Хунцикер, Лекции по изотопной геологии , Springer-Verlag, 1979, ISBN   3-540-09158-0
• «Следы деления: техника» . Геологическая служба США Архивировано из оригинала 8 декабря 2016 г. Проверено 27 октября 2005 г.
• Гарвер, Дж.И., 2008 г., Датирование по следам деления. В «Энциклопедии палеоклиматологии и древней окружающей среды», В. Горниц (ред.), Серия «Энциклопедия наук о Земле», Kluwer Academic Press, стр. 247-249.
• Вагнер Г.А. и Ван ден Хаут П., 1992, Датирование по трекам деления; Kluwer Academic Publishers, 285 стр.
• Энкельманн Э., Гарвер Дж.И. и Павлис Т.Л., 2008 г., Быстрая эксгумация покрытых льдом пород реки Чугач-Св. Элиас Ороген, Юго-Восточная Аляска. Геология, т. 36, н.12, с. 915-918.
• Гарвер, Дж. И. и Монтарио, М. Дж., 2008. Возраст обломочных следов деления из верхнекембрийской потсдамской формации, Нью-Йорк: значение для низкотемпературной термической истории Гренвиллского террейна. В: Гарвер Дж.И. и Монтарио М.Дж. (ред.) Материалы 11-й Международной конференции по термохронометрии, Анкоридж, Аляска, сентябрь 2008 г., стр. 87-89.
• Бернет, М., и Гарвер, Дж.И., 2005, Глава 8: Анализ следов деления детритового циркона, В книге П.В. Райнерса и Т.А. Элерса (ред.), Низкотемпературная термохронология: методы, интерпретации и приложения, обзоры в Серия Минералогия и геохимия, т. 58, с. 205-237.