Датирование по трекам деления — это радиометрический метод датирования, основанный на анализе следов повреждений или треков, оставленных осколками деления в определенных урансодержащих минералах и стеклах . [2] Датирование по трекам деления — это 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 количества событий деления, полученных в результате спонтанного распада урана-238 в обычных акцессорных минералах, для датирования времени охлаждения горных пород 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 треков деления направлены на: a) понимание эволюции горных поясов; b) определение источника или происхождения осадков; c) изучение термической эволюции бассейнов ; d) определение возраста плохо датированных слоев ; и д) датирование и определение 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. [3]
В отличие от других методов изотопного датирования, « дочерний » элемент в датировании по трекам деления — это эффект в кристалле , а не дочерний изотоп. Уран-238 подвергается спонтанному распаду деления с известной скоростью, и это единственный изотоп со скоростью распада, которая имеет отношение к значительному образованию естественных треков деления; другие изотопы имеют слишком медленные скорости распада деления, чтобы иметь значение. Осколки, испускаемые этим процессом деления, оставляют следы повреждений (ископаемые следы или ионные треки ) в кристаллической структуре минерала, содержащего уран. Процесс образования треков по сути тот же самый, с помощью которого быстрые тяжелые ионы производят ионные треки. Химическое травление полированных внутренних поверхностей этих минералов выявляет треки спонтанного деления, и можно определить плотность треков. Поскольку вытравленные 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 определить независимо.
Для определения содержания урана использовались несколько методов. Один из методов заключается в нейтронном облучении , когда образец облучается тепловыми нейтронами в ядерном реакторе с внешним детектором, например, слюдой , прикрепленным 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 своей природе. Однако оно не всегда является постоянным. [4] Для определения количества событий индуцированного деления, произошедших во время нейтронного облучения, к образцу прикрепляется внешний детектор, и как образец, так и детектор одновременно облучаются тепловыми нейтронами . Внешний детектор обычно представляет собой чешуйку слюды с низким содержанием урана, но также использовались пластики, такие как CR-39. Полученное индуцированное деление урана-235 в образце создает индуцированные треки в вышележащем внешнем детекторе, которые позже выявляются химическим травлением. Соотношение спонтанных и индуцированных треков пропорционально возрасту.
Другой метод определения концентрации урана — LA-ICPMS, метод, при котором кристалл подвергается воздействию лазерного луча и разрушается, а затем материал пропускается через масс-спектрометр .
В отличие от многих других методов датирования, датирование по трекам деления уникально подходит для определения низкотемпературных тепловых событий с использованием обычных акцессорных минералов в очень широком геологическом диапазоне (обычно от 0,1 млн лет до 2000 млн лет). Апатит , сфен , циркон , слюда и вулканическое стекло обычно содержат достаточно урана, чтобы быть полезными для датирования образцов относительно молодого возраста ( мезозоя и кайнозоя ) и являются материалами, наиболее полезными для этого метода. Кроме того, эпидоты и гранаты с низким содержанием урана могут использоваться 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. Треки 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 низкотемпературных и временных историй. Хотя детали температур закрытия сложны, они составляют приблизительно от 70 до 110 °C для типичного апатита, от 230 до 250 °C для циркона и около 300 °C для титанита.
Поскольку нагревание 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 может быть использован для исследования термической истории отложений бассейна , эксгумации километрового масштаба, вызванной тектонизмом и эрозией , низкотемпературных метаморфических событий и образования геотермальных жил . Метод треков деления также использовался для датирования археологических памятников и артефактов. Он использовался для подтверждения калий-аргоновых датировок для отложений в ущелье Олдувай .
Ряд датируемых минералов встречаются в виде обычных детритовых зерен в песчаниках, и если слои не были зарыты слишком глубоко, эти минеральные зерна сохраняют информацию об исходной породе. Анализ треков деления этих минералов дает информацию о термической эволюции исходных пород и, следовательно, может использоваться для понимания происхождения и эволюции горных поясов, которые сбрасывают осадок. [5] Этот метод детритового анализа чаще всего применяется к циркону, поскольку он очень распространен и надежен в осадочной системе, и, кроме того, он имеет относительно высокую температуру отжига, так что во многих осадочных бассейнах кристаллы не сбрасываются при последующем нагревании.
Датирование детритового циркона по трекам деления является широко применяемым аналитическим инструментом, используемым для понимания тектонической эволюции исходных территорий, которые оставили длительную и непрерывную эрозионную летопись в прилегающих слоях бассейна. Ранние исследования были сосредоточены на использовании возрастов охлаждения в детритовом цирконе из стратиграфических последовательностей для документирования времени и скорости эрозии пород в прилегающих орогенных поясах (горных хребтах). В ряде недавних исследований было объединено датирование U/Pb и/или гелием (U+Th/He) на отдельных кристаллах для документирования конкретной истории отдельных кристаллов. Этот подход двойного датирования является чрезвычайно мощным инструментом происхождения, поскольку может быть получена почти полная история кристалла, и, следовательно, исследователи могут точно определить конкретные области источника с различными геологическими историями с относительной уверенностью. [6] Возрасты детритового циркона по трекам деления могут быть от 1 млн лет до 2000 млн лет. [7]