Термохронология — это изучение термической эволюции региона планеты. Термохронологи используют радиометрическое датирование вместе с температурами закрытия , которые представляют собой температуру изучаемого минерала в момент времени, указанный в записанной дате, чтобы понять термическую историю конкретной породы, минерала или геологической единицы. Это подраздел геологии , тесно связанный с геохронологией .
Типичное термохронологическое исследование будет включать в себя датирование ряда образцов горных пород из разных областей региона, часто из вертикального трансекта вдоль крутого каньона, скальной поверхности или склона. Затем эти образцы датируются. При наличии некоторых знаний о подповерхностной термической структуре эти даты переводятся в глубины и время, когда этот конкретный образец находился при температуре закрытия минерала. Если порода сегодня находится на поверхности, этот процесс дает скорость эксгумации породы. [1]
Обычные изотопные системы, используемые для термохронологии, включают датирование по треку деления в цирконе , апатите , титаните , природных стеклах и других минеральных зернах, богатых ураном. Другие включают датирование калием-аргоном и аргоном-аргоном в апатите, и (U-Th)/He датирование циркона и апатита. [1]
Радиометрическое датирование — это то, как геологи определяют возраст породы. В закрытой системе количество радиогенных изотопов, присутствующих в образце, является прямой функцией времени и скорости распада минерала. [2] Поэтому, чтобы найти возраст образца, геологи находят отношение дочерних изотопов к оставшимся родительским изотопам, присутствующим в минерале, с помощью различных методов, таких как масс-спектрометрия . Из известных родительских изотопов и постоянной распада мы затем можем определить возраст. Для этого можно проанализировать различные ионы, и это называется различным датированием.
Для термохронологии возраст, связанный с этими изотопными отношениями, 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 , что означает, что все продукты распада все еще находятся в исходной вмещающей породе, 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, порода должна сначала достичь своей температуры закрытия . Температура закрытия специфична для каждого минерала и может быть очень полезна, если в образце обнаружено несколько минералов. [4] Эта температура зависит от нескольких предположений, включая: размер и форму зерна, постоянную скорость охлаждения и химический состав. [4]
Датирование по следам деления — это метод, используемый в термохронологии для определения приблизительного возраста нескольких богатых ураном минералов, таких как апатит . Когда ядерное деление урана-238 ( 238 U ) происходит в неорганических материалах, создаются следы повреждений. Они возникают из-за быстрой заряженной частицы, высвобождающейся при распаде урана, которая создает тонкий след повреждений вдоль своей траектории через твердое тело. [5] Чтобы лучше изучить созданные следы деления, естественные следы повреждений дополнительно увеличиваются путем химического травления , чтобы их можно было просматривать под обычными оптическими микроскопами . Затем возраст минерала определяется, сначала зная спонтанную скорость распада деления, а затем измеряя количество следов, накопленных за время жизни минерала, а также оценивая количество все еще присутствующего урана. [6]
Известно, что при более высоких температурах следы деления отжигаются . [7] Поэтому точное датирование образцов очень сложно. Абсолютный возраст можно определить только в том случае, если образец быстро остыл и остался нетронутым на поверхности или близко к ней. [8] Условия окружающей среды, такие как давление и температура, и их влияние на след деления на атомном уровне по-прежнему остаются неясными. Однако стабильность следов деления, как правило, можно свести к температуре и времени. [6] Приблизительный возраст минералов по-прежнему отражает аспекты термической истории образца, такие как подъем и денудация . [6]
Калий-аргоновое/аргон-аргоновое датирование применяется в термохронологии для определения возраста минералов, таких как апатит. Калий-аргоновое (K-Ar) датирование связано с определением количества продукта радиоактивного распада изотопного калия ( 40 K) в продукт его распада изотопного аргона ( 40 Ar). Поскольку 40 Ar способен улетучиваться в жидкостях, таких как расплавленная порода, но накапливается, когда порода затвердевает или перекристаллизовывается , геологи могут измерить время с момента перекристаллизации, глядя на отношение количества накопленного 40 Ar к оставшемуся 40 K. [9] Возраст можно определить, зная период полураспада калия. [9]
Аргон-аргоновое датирование использует отношение 40 Ar к 39 Ar в качестве прокси для 40 K, чтобы найти дату образца. Этот метод был принят, потому что он требует только одного измерения изотопа. Для этого ядро изотопа аргона необходимо облучить с помощью ядерного реактора , чтобы преобразовать стабильный изотоп 39 K в радиоактивный 40 Ar. Чтобы измерить возраст породы, необходимо повторить этот процесс в образце известного возраста, чтобы сравнить отношения. [10]
(U-Th)/He датирование используется для измерения возраста образца путем измерения количества радиогенного гелия ( 4He ), присутствующего в результате альфа - распада урана и тория . Этот гелиевый продукт сохраняется в минерале до тех пор, пока не будет достигнута температура закрытия, и, следовательно, может быть определяющим фактором термической эволюции минерала. Как и при датировании по трекам деления, точный возраст образца определить трудно. Если температура превышает температуру закрытия, продукт распада, гелий, диффундирует в атмосферу, и датирование затем сбрасывается. [11]
Определяя относительную дату и температуру изучаемого образца, геологи могут понять структурную информацию о месторождениях. Термохронология сегодня 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 области, такой как скорость ее эксгумации, продолжительность кристаллизации и многое другое, может быть применимо в самых разных областях и помочь понять историю Земли и ее термическую эволюцию.
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )