Termochronologia - Thermochronology

Przybliżona krzywa temperatury w głębi Ziemi. Pokazuje, że wraz ze wzrostem głębokości robi się cieplej.

Termochronologia to badanie ewolucji termicznej regionu planety. Termochronolodzy stosują datowanie radiometryczne wraz z temperaturami zamknięcia, które reprezentują temperaturę badanego minerału w czasie podanym przez zarejestrowaną datę, aby zrozumieć historię termiczną określonej jednostki skalnej, mineralnej lub geologicznej. Jest to poddziedzina w geologii i jest ściśle związana z geochronologią .

Typowe badanie termochronologiczne będzie obejmować daty wielu próbek skał z różnych obszarów regionu, często z pionowego transektu wzdłuż stromego kanionu, ściany klifu lub zbocza. Próbki te są następnie datowane. Mając pewną wiedzę na temat podpowierzchniowej struktury termicznej, daty te są przekładane na głębokości i czasy, w których ta konkretna próbka znajdowała się w temperaturze zamknięcia minerału. Jeśli skała znajduje się dziś na powierzchni, proces ten daje szybkość ekshumacji skały.

Powszechnie stosowane systemy izotopowe stosowane w termochronologii obejmują datowanie śladów rozszczepienia w cyrkonie , apatycie , tytanicie , szkłach naturalnych i innych ziarnach mineralnych bogatych w uran. Inne obejmują datowanie potasowo-argonowe i argonowo-argonowe w apatycie oraz (U-Th)/He datowanie cyrkonu i apatytu.

Datowanie radiometryczne

Datowanie radiometryczne to sposób, w jaki geolog określa wiek skały. W systemie zamkniętym ilość izotopów radiogennych obecnych w próbce jest bezpośrednią funkcją czasu i szybkości rozpadu minerału. Dlatego, aby określić wiek próbki, geolodzy znajdują stosunek izotopów potomnych do pozostałych izotopów macierzystych obecnych w minerale różnymi metodami, takimi jak spektrometria mas . Na podstawie znanych izotopów macierzystych i stałej rozpadu możemy określić wiek. W tym celu można analizować różne jony i są one nazywane różnymi datowaniami.

W termochronologii wiek związany z tymi stosunkami izotopowymi jest bezpośrednio związany z historią termiczną próbki. Przy wysokich temperaturach, skały będzie zachowywać się tak, jakby były w systemie otwartym , który odnosi się do zwiększonej szybkości dyfuzji z córką izotopy z minerału. Jednak w niskich temperaturach skały będą zachowywać się jak układ zamknięty , co oznacza, że ​​wszystkie produkty rozpadu nadal znajdują się w pierwotnej skale macierzystej, a zatem są do tej pory dokładniejsze. Ten sam minerał może przełączać się między tymi dwoma systemami zachowań, ale nie natychmiast. Aby się przełączyć, skała musi najpierw osiągnąć temperaturę zamknięcia . Temperatura zamknięcia jest specyficzna dla każdego minerału i może być bardzo przydatna, jeśli w próbce znajduje się wiele minerałów. Temperatura ta zależy od kilku założeń, w tym: wielkości i kształtu ziarna, stałej szybkości chłodzenia i składu chemicznego.

Rodzaje datowania związane z termochronologią

Randki na torze rozszczepienia

Ścieżki rozszczepienia obserwowane w minerale pod mikroskopem optycznym.

Datowanie metodą rozszczepienia to metoda stosowana w termochronologii do określania przybliżonego wieku kilku minerałów bogatych w uran, takich jak apatyt . Kiedy w materiałach organicznych dochodzi do rozszczepienia jądrowego uranu-238 ( 238 U ), powstają ślady uszkodzeń. Dzieje się tak dzięki szybko naładowanej cząstce, uwolnionej z rozpadu uranu, tworząc cienki ślad uszkodzeń wzdłuż swojej trajektorii przez ciało stałe. Aby lepiej zbadać powstałe ścieżki rozszczepienia, naturalne ścieżki uszkodzeń są dodatkowo powiększane za pomocą trawienia chemicznego, dzięki czemu można je oglądać pod zwykłymi mikroskopami optycznymi . Wiek minerału jest następnie określany na podstawie znajomości spontanicznego tempa rozpadu rozszczepienia, a następnie pomiaru liczby śladów nagromadzonych w czasie życia minerału oraz oszacowania ilości wciąż obecnego uranu.

W wyższych temperaturach wiadomo, że tory rozszczepienia ulegają wyżarzaniu . Dlatego dokładne datowanie próbek jest bardzo trudne. Wiek bezwzględny można określić tylko wtedy, gdy próbka szybko ostygnie i pozostanie nienaruszona na powierzchni lub w jej pobliżu. Warunki środowiskowe, takie jak ciśnienie i temperatura, oraz ich wpływ na ścieżkę rozszczepienia na poziomie atomowym wciąż pozostają niejasne. Jednak stabilność ścieżek rozszczepienia można ogólnie zawęzić do temperatury i czasu. Przybliżony wiek minerałów nadal odzwierciedla aspekty historii termicznej próbki, takie jak wypiętrzenie i denudacja .

Randki potasowo-argonowe/argonowo-argonowe

Datowanie potasowo-argonowe/argonowo-argonowe jest stosowane w termochronologii w celu określenia wieku minerałów, takich jak apatyt. Datowanie potasowo-argonowe (K-Ar) dotyczy określenia ilości produktu rozpadu radioaktywnego izotopowego potasu ( 40 K) na jego produkt rozpadu izotopowego argonu ( 40 Ar). Ponieważ 40 Ar jest w stanie uciec w cieczach, takich jak roztopiona skała, ale gromadzi się, gdy skała zestala się lub rekrystalizuje , geolodzy są w stanie zmierzyć czas od rekrystalizacji, patrząc na stosunek ilości 40 Ar, która nagromadziła się do 40 K pozostałe. Wiek można znaleźć, znając okres półtrwania potasu.

Datowanie argonowo-argonowe wykorzystuje stosunek 40 Ar do 39 Ar jako zamiennik dla 40 K, aby znaleźć datę próbki. Ta metoda została przyjęta, ponieważ wymaga tylko jednego pomiaru izotopu. W tym celu jądro izotopu argonu musi zostać napromieniowane z reaktora jądrowego w celu przekształcenia stabilnego izotopu 39 K w radioaktywny 40 Ar. Aby zmierzyć wiek skały, musisz powtórzyć ten proces na próbce o znanym wieku, aby porównać stosunki.

(U-Th)/On randki

Datowanie (U-Th)/He służy do pomiaru wieku próbki poprzez pomiar ilości radiogenicznego helu ( 4 He) obecnego w wyniku rozpadu alfa z uranu i toru . Ten produkt helowy jest utrzymywany w minerale aż do osiągnięcia temperatury zamknięcia, a zatem może być wyznacznikiem ewolucji termicznej minerału. Podobnie jak w przypadku datowania metodą rozszczepienia, dokładny wiek próbki jest trudny do ustalenia. Jeśli temperatura wzrośnie powyżej temperatury zamknięcia, produkt rozpadu, hel, dyfunduje do atmosfery, a datowanie się resetuje.

Aplikacje

Określając względną datę i temperaturę badanej próbki, geolodzy są w stanie zrozumieć informacje strukturalne złóż. Termochronologia jest obecnie wykorzystywana w wielu różnych dziedzinach, takich jak badania tektoniczne, ekshumacje pasów górskich, hydrotermalne złoża rud, a nawet meteoryty. Zrozumienie historii termicznej danego obszaru, takiej jak tempo ekshumacji, czas trwania krystalizacji i inne, może mieć zastosowanie w wielu różnych dziedzinach i pomóc w zrozumieniu historii Ziemi i jej ewolucji termicznej.

Zobacz też

  • Generał
    • Zgodność , dowody z niezależnych, niepowiązanych źródeł mogą „zbiegać się” z mocnymi wnioskami

Bibliografia