Термохронология

Термохронология — это изучение тепловой эволюции определенной области планеты. Термохронологи используют радиометрическое датирование вместе с температурой закрытия , которая представляет температуру изучаемого минерала на момент времени, заданный записанной датой, чтобы понять термическую историю конкретной породы, минерала или геологической единицы. Это раздел геологии , тесно связанный с геохронологией .

Типичное термохронологическое исследование будет включать в себя определение дат ряда образцов горных пород из разных областей региона, часто из вертикального разреза вдоль крутого каньона, скалы или склона. Затем эти образцы датируются. При некотором знании термической структуры недр эти даты переводятся в глубины и время, когда этот конкретный образец находился при температуре смыкания минерала. Если порода сегодня находится на поверхности, этот процесс дает скорость эксгумации породы. ^[1]

Общие изотопные системы, используемые для термохронологии, включают датирование по трекам деления в цирконе , апатите , титаните , природных стеклах и других минеральных зернах, богатых ураном. Другие включают калий-аргоновое и аргон-аргоновое датирование апатита и (U-Th)/He датирование циркона и апатита. ^[1]

Радиометрическое датирование

Радиометрическое датирование — это способ, с помощью которого геологи определяют возраст горной породы. В закрытой системе количество радиогенных изотопов, присутствующих в образце, является прямой функцией времени и скорости распада минерала. ^[2] Поэтому, чтобы определить возраст образца, геологи определяют соотношение дочерних изотопов к оставшимся родительским изотопам, присутствующим в минерале, с помощью различных методов, таких как масс-спектрометрия . По известным родительским изотопам и константе распада мы можем затем определить возраст. Для этого можно анализировать разные ионы, и это называется разным датированием.

В термохронологии возраст, связанный с этими изотопными соотношениями, напрямую связан с термической историей образца. ^[3] При высоких температурах породы будут вести себя так, как будто они находятся в открытой системе , что связано с повышенной скоростью диффузии дочерних изотопов из минерала. Однако при низких температурах породы будут вести себя как закрытая система , а это означает, что все продукты распада все еще находятся внутри исходной вмещающей породы и, следовательно, более точны на сегодняшний день. ^[3] Один и тот же минерал может переключаться между этими двумя системами поведения, но не мгновенно. Чтобы переключиться, камень должен сначала достичь температуры закрытия . Температура закрытия индивидуальна для каждого минерала и может быть очень полезна, если в образце обнаружено несколько минералов. ^[4] Эта температура зависит от нескольких предположений, в том числе: размера и формы зерна, постоянной скорости охлаждения и химического состава. ^[4]

Виды датирования, связанные с термохронологией

Датирование по следам деления

Треки деления, наблюдаемые в минерале под оптическим микроскопом.

Датирование по следам деления — это метод, используемый в термохронологии для определения приблизительного возраста нескольких богатых ураном минералов, таких как апатит . При делении ядра урана-238 ( ²³⁸U ) происходит в неорганических материалах, образуются следы повреждений. Это происходит из-за быстрой заряженной частицы, высвобождаемой при распаде урана, оставляющей тонкий след повреждений на своей траектории через твердое тело. ^[5] Чтобы лучше изучить созданные следы деления, следы естественных повреждений дополнительно увеличиваются с помощью химического травления , чтобы их можно было рассматривать под обычными оптическими микроскопами . Затем возраст минерала определяется путем знания скорости спонтанного распада деления, а затем измерения количества треков, накопленных за время жизни минерала, а также оценки количества все еще присутствующего урана. ^[6]

Известно, что при более высоких температурах треки деления отжигают . ^[7] Поэтому точная датировка образцов весьма затруднительна. Абсолютный возраст можно определить только в том случае, если образец быстро остыл и остался нетронутым на поверхности или вблизи нее. ^[8] Условия окружающей среды, такие как давление и температура, а также их влияние на путь деления на атомном уровне до сих пор остаются неясными. Однако стабильность треков деления обычно можно сузить до температуры и времени. ^[6] Приблизительный возраст минералов по-прежнему отражает аспекты термической истории образца, такие как поднятие и денудация . ^[6]

Калий-аргон/аргон-аргоновое датирование

Датирование калием-аргоном/аргоном-аргоном применяется в термохронологии для определения возраста минералов, таких как апатит. Калий-аргоновое (K-Ar) датирование связано с определением количества продукта радиоактивного распада изотопного калия ( ⁴⁰К) в продукт его распада изотопного аргона ( ⁴⁰Ар). Потому что ⁴⁰Ar способен выделяться в жидкостях, таких как расплавленная порода, но накапливается, когда горная порода затвердевает или рекристаллизуется . Геологи могут измерить время, прошедшее с момента рекристаллизации, глядя на соотношение количества ⁴⁰Ar, накопившийся в ⁴⁰К осталось. ^[9] Возраст можно узнать, зная период полураспада калия. ^[9]

При датировании аргоном-аргоном используется соотношение ⁴⁰Ар к ³⁹Ar как прокси для ⁴⁰K, чтобы найти дату образца. Этот метод был принят, поскольку он требует только одного измерения изотопа. Для этого ядро изотопа аргона необходимо облучить из ядерного реактора , чтобы преобразовать стабильный изотоп ³⁹К → радиоактивный ⁴⁰Ар. Чтобы измерить возраст камня, вам необходимо повторить этот процесс на образце известного возраста, чтобы сравнить соотношения. ^[10]

(U-Th)/Он встречается

Датирование (U-Th)/He используется для измерения возраста образца путем измерения количества радиогенного гелия ( ⁴He) присутствует в результате распада урана альфа - и тория . Этот продукт гелия сохраняется в минерале до тех пор, пока не будет достигнута температура смыкания, и, следовательно, может определять термическую эволюцию минерала. Как и при датировании по трекам деления, точный возраст образца определить сложно. Если температура превышает температуру закрытия, продукт распада, гелий, диффундирует в атмосферу, и датировка затем сбрасывается. ^[11]

Приложения

Определив относительную дату и температуру изучаемого образца, геологи могут понять структурную информацию о месторождениях. Сегодня термохронология используется в самых разных областях, таких как тектонические исследования, ^[12] эксгумация горных поясов, ^[13] гидротермальные рудные месторождения, ^[4] и даже метеориты. ^[14] Понимание термической истории территории, такой как скорость ее эксгумации, продолжительность кристаллизации и т. д., может быть применимо в самых разных областях и помочь понять историю Земли и ее тепловую эволюцию.

См. также

Астрономическая хронология
- Возраст Земли
- Возраст Вселенной

Хронологическая датировка , археологическая хронология.

Геохронология

Общий
- Согласованность : данные из независимых, несвязанных друг с другом источников могут «сойтись» в убедительных выводах.

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б Зентилли, М.; Рейнольдс, PH (1992). Низкотемпературная термохронология . Минералогическая ассоциация Канады. OCLC 26628421 .
^ Мисра, Кула К. (2012). Введение в геохимию: принципы и приложения . Джон Уайли и сыновья, Инкорпорейтед. стр. 225–232. ISBN 978-1-4051-2142-2 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Браун, Жан, 1961 – Бик, Питер ван дер, 1967 – Батт, Джеффри (2012). Количественная термохронология: численные методы интерпретации термохронологических данных . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-1-107-40715-2 . OCLC 819316615 . {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Макиннес, Брент, Айова; Эванс, Норин Дж.; Фу, Фрэнк К.; Гарвин, Стив (31 декабря 2005 г.), «18. Применение термохронологии к гидротермальным рудным месторождениям», Низкотемпературная термохронология , Де Грюйтер, стр. 467–498, doi : 10.1515/9781501509575-020 , ISBN 978-1-5015-0957-5
^ Вагнер, Г.; Хаут, П. ван ден (06 декабря 2012 г.). Датирование по трекам деления . Springer Science & Business Media. ISBN 9789401124782 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Глидоу, Эндрю Дж.В.; Белтон, Дэвид X.; Кон, Барри П.; Браун, Родерик В. (1 января 2002 г.). «Датирование треков деления фосфатных минералов и термохронология апатита». Обзоры по минералогии и геохимии . 48 (1): 579–630. Бибкод : 2002RvMG...48..579G . дои : 10.2138/rmg.2002.48.16 . ISSN 1529-6466 .
^ Михелс, Джозеф В. (1972). «Методы знакомств». Ежегодный обзор антропологии . 1 (1): 113–126. doi : 10.1146/annurev.an.01.100172.000553 . ISSN 0084-6570 .
^ Макиннес, BIA (1 января 2005 г.). «Применение термохронологии к гидротермальным рудным месторождениям». Обзоры по минералогии и геохимии . 58 (1): 467–498. Бибкод : 2005РвМГ...58..467М . дои : 10.2138/rmg.2005.58.18 . ISSN 1529-6466 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Макдугалл, Ян. (1988). Геохронология и термохронология методом p40 sAr/p39 sAr . Издательство Оксфордского университета. OCLC 270672499 .
^ КОЙПЕР, К. (2004). «Возраст тефры 40Ar/39Ar, прослоенный в астрономически подобранных осадочных толщах неогена в восточном Средиземноморье *1». Письма о Земле и планетологии . 222 (2): 583–597. дои : 10.1016/s0012-821x(04)00177-3 . ISSN 0012-821X .
^ Фарли, Калифорния (10 февраля 2000 г.). «Диффузия гелия из апатита: общее поведение на примере фторапатита Дуранго» . Журнал геофизических исследований: Solid Earth . 105 (Б2): 2903–2914. Бибкод : 2000JGR...105.2903F . дои : 10.1029/1999jb900348 . ISSN 0148-0227 .
^ Стокли, Дэниел Ф. (31 декабря 2005 г.), «16. Применение низкотемпературной термохронометрии к тектоническим условиям растяжения», в книге Райнерс, Питер В.; Элерс, Тодд А. (ред.), Низкотемпературная термохронология , Де Грюйтер, стр. 411–448, doi : 10.1515/9781501509575-018 , ISBN 978-1-5015-0957-5
^ Спотила, Джеймс А. (31 декабря 2005 г.), «17. Применение низкотемпературной термохронометрии для количественной оценки недавней эксгумации в горных поясах», в Райнерс, Питер В.; Элерс, Тодд А. (ред.), Низкотемпературная термохронология , Де Грюйтер, стр. 449–466, doi : 10.1515/9781501509575-019 , ISBN 978-1-5015-0957-5
^ Мин, Кёнвон (31 декабря 2005 г.), «21. Низкотемпературная термохронометрия метеоритов», в Райнерс, Питер В.; Элерс, Тодд А. (ред.), Низкотемпературная термохронология , Де Грюйтер, стр. 567–588, doi : 10.1515/9781501509575-023 , ISBN 978-1-5015-0957-5

[:1-1] Перейти обратно: ^а ^б Зентилли, М.; Рейнольдс, PH (1992). Низкотемпературная термохронология . Минералогическая ассоциация Канады. OCLC 26628421 .

[2] Мисра, Кула К. (2012). Введение в геохимию: принципы и приложения . Джон Уайли и сыновья, Инкорпорейтед. стр. 225–232. ISBN 978-1-4051-2142-2 .

[:2-3] Перейти обратно: ^а ^б Браун, Жан, 1961 – Бик, Питер ван дер, 1967 – Батт, Джеффри (2012). Количественная термохронология: численные методы интерпретации термохронологических данных . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-1-107-40715-2 . OCLC 819316615 . {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )

[:32-4] Перейти обратно: ^а ^б ^с Макиннес, Брент, Айова; Эванс, Норин Дж.; Фу, Фрэнк К.; Гарвин, Стив (31 декабря 2005 г.), «18. Применение термохронологии к гидротермальным рудным месторождениям», Низкотемпературная термохронология , Де Грюйтер, стр. 467–498, doi : 10.1515/9781501509575-020 , ISBN 978-1-5015-0957-5

[5] Вагнер, Г.; Хаут, П. ван ден (06 декабря 2012 г.). Датирование по трекам деления . Springer Science & Business Media. ISBN 9789401124782 .

[:0-6] Перейти обратно: ^а ^б ^с Глидоу, Эндрю Дж.В.; Белтон, Дэвид X.; Кон, Барри П.; Браун, Родерик В. (1 января 2002 г.). «Датирование треков деления фосфатных минералов и термохронология апатита». Обзоры по минералогии и геохимии . 48 (1): 579–630. Бибкод : 2002RvMG...48..579G . дои : 10.2138/rmg.2002.48.16 . ISSN 1529-6466 .

[7] Михелс, Джозеф В. (1972). «Методы знакомств». Ежегодный обзор антропологии . 1 (1): 113–126. doi : 10.1146/annurev.an.01.100172.000553 . ISSN 0084-6570 .

[8] Макиннес, BIA (1 января 2005 г.). «Применение термохронологии к гидротермальным рудным месторождениям». Обзоры по минералогии и геохимии . 58 (1): 467–498. Бибкод : 2005РвМГ...58..467М . дои : 10.2138/rmg.2005.58.18 . ISSN 1529-6466 .

[:4-9] Перейти обратно: ^а ^б Макдугалл, Ян. (1988). Геохронология и термохронология методом p40 sAr/p39 sAr . Издательство Оксфордского университета. OCLC 270672499 .

[10] КОЙПЕР, К. (2004). «Возраст тефры 40Ar/39Ar, прослоенный в астрономически подобранных осадочных толщах неогена в восточном Средиземноморье *1». Письма о Земле и планетологии . 222 (2): 583–597. дои : 10.1016/s0012-821x(04)00177-3 . ISSN 0012-821X .

[11] Фарли, Калифорния (10 февраля 2000 г.). «Диффузия гелия из апатита: общее поведение на примере фторапатита Дуранго» . Журнал геофизических исследований: Solid Earth . 105 (Б2): 2903–2914. Бибкод : 2000JGR...105.2903F . дои : 10.1029/1999jb900348 . ISSN 0148-0227 .

[12] Стокли, Дэниел Ф. (31 декабря 2005 г.), «16. Применение низкотемпературной термохронометрии к тектоническим условиям растяжения», в книге Райнерс, Питер В.; Элерс, Тодд А. (ред.), Низкотемпературная термохронология , Де Грюйтер, стр. 411–448, doi : 10.1515/9781501509575-018 , ISBN 978-1-5015-0957-5

[13] Спотила, Джеймс А. (31 декабря 2005 г.), «17. Применение низкотемпературной термохронометрии для количественной оценки недавней эксгумации в горных поясах», в Райнерс, Питер В.; Элерс, Тодд А. (ред.), Низкотемпературная термохронология , Де Грюйтер, стр. 449–466, doi : 10.1515/9781501509575-019 , ISBN 978-1-5015-0957-5

[14] Мин, Кёнвон (31 декабря 2005 г.), «21. Низкотемпературная термохронометрия метеоритов», в Райнерс, Питер В.; Элерс, Тодд А. (ред.), Низкотемпературная термохронология , Де Грюйтер, стр. 567–588, doi : 10.1515/9781501509575-023 , ISBN 978-1-5015-0957-5

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]