Датирование поверхностного воздействия представляет собой набор геохронологических методов для оценки продолжительности времени, в течение которого горная порода была обнажена на поверхности Земли или вблизи нее. Датирование поверхностного воздействия используется для датирования наступления и отступления ледников , истории эрозии, потоков лавы, ударов метеоритов, оползней, уступов сбросов , развития пещер и других геологических событий. Это наиболее полезно для горных пород, которые были обнажены в течение от 10 3 до 10 6 лет. [1]
Наиболее распространенным из этих методов датирования является датирование с помощью космогенных радионуклидов . [2] Земля постоянно бомбардируется первичными космическими лучами , заряженными частицами высокой энергии — в основном протонами и альфа-частицами . Эти частицы взаимодействуют с атомами в атмосферных газах, создавая каскад вторичных частиц, которые, в свою очередь, могут взаимодействовать и уменьшать свою энергию во многих реакциях при прохождении через атмосферу. Этот каскад включает небольшую часть адронов, включая нейтроны. Когда одна из этих частиц сталкивается с атомом, она может выбить один или несколько протонов и/или нейтронов из этого атома, создавая другой элемент или другой изотоп исходного элемента. В горных породах и других материалах с аналогичной плотностью большая часть потока космических лучей поглощается в пределах первого метра экспонированного материала в реакциях, которые производят новые изотопы, называемые космогенными нуклидами . На поверхности Земли большинство этих нуклидов производятся путем нейтронного расщепления . Используя определенные космогенные радионуклиды , ученые могут датировать, как долго конкретная поверхность была открыта, как долго определенный кусок материала был захоронен или как быстро место или водосборный бассейн подвергаются эрозии. [3] Основной принцип заключается в том, что эти радионуклиды производятся с известной скоростью, а также распадаются с известной скоростью. [4] Соответственно, измеряя концентрацию этих космогенных нуклидов в образце породы и учитывая поток космических лучей и период полураспада нуклида, можно оценить, как долго образец подвергался воздействию космических лучей. Кумулятивный поток космических лучей в определенном месте может зависеть от нескольких факторов, включая высоту, геомагнитную широту, различную интенсивность магнитного поля Земли , солнечные ветры и атмосферное экранирование из-за колебаний давления воздуха. Для датирования образца породы необходимо оценить скорость производства нуклидов. Эти показатели обычно оцениваются эмпирически путем сравнения концентрации нуклидов, образующихся в образцах, возраст которых был определен другими методами, такими как радиоуглеродное датирование , термолюминесценция или оптически стимулированная люминесценция .
Избыток относительно естественного содержания космогенных нуклидов в образце породы обычно измеряется с помощью ускорительной масс-спектрометрии . Такие космогенные нуклиды производятся цепочками реакций расщепления. Скорость производства конкретного нуклида является функцией геомагнитной широты, площади неба, которая видна из точки отбора проб, высоты, глубины образца и плотности материала, в который погружен образец. Скорости распада определяются константами распада нуклидов. Эти уравнения можно объединить, чтобы получить общую концентрацию космогенных радионуклидов в образце как функцию возраста. Два наиболее часто измеряемых космогенных нуклида — это бериллий-10 и алюминий-26 . Эти нуклиды особенно полезны для геологов, поскольку они производятся, когда космические лучи поражают кислород-16 и кремний-28 соответственно. Родительские изотопы являются наиболее распространенными из этих элементов и распространены в материале земной коры, тогда как радиоактивные дочерние ядра обычно не производятся другими процессами. Поскольку кислород-16 также распространен в атмосфере, необходимо учитывать вклад в концентрацию бериллия-10 от материала, отложенного, а не созданного на месте . [5] 10Be и 26Al образуются, когда часть кварцевого кристалла (SiO2 ) бомбардируется продуктом расщепления: кислород кварца превращается в 10Be , а кремний превращается в 26Al . Каждый из этих нуклидов образуется с разной скоростью. Оба могут использоваться по отдельности для датирования того, как долго материал был экспонирован на поверхности. Поскольку распадаются два радионуклида, отношение концентраций этих двух нуклидов можно использовать без каких-либо других знаний для определения возраста, в котором образец был захоронен после глубины производства (обычно 2–10 метров).
Нуклиды хлора-36 также измеряются для датирования поверхностных пород. Этот изотоп может быть получен путем расщепления кальция или калия космическими лучами . [6]
