Fission spår dating
Fissionsspårdatering är en radiometrisk dateringsteknik baserad på analyser av de skadespår, eller spår, som lämnas av fissionsfragment i vissa uranhaltiga mineraler och glas . Fission-track-datering är en relativt enkel metod för radiometrisk datering som har haft en betydande inverkan på förståelsen av den termiska historien om kontinentalskorpan , tidpunkten för vulkaniska händelser och källan och åldern för olika arkeologiska artefakter. Metoden innebär att man använder antalet klyvningshändelser som producerats av det spontana sönderfallet av uran-238 i vanliga tillbehörsmineraler fram till tidpunkten för bergets kylning under förslutningstemperaturen . Fissionsspår är känsliga för värme, och därför är tekniken användbar för att reda ut den termiska utvecklingen av bergarter och mineraler. Den mesta aktuella forskningen med användning av fissionsspår syftar till att: a) förstå utvecklingen av bergsbälten; sedimentens källa eller härkomst ; c) studera den termiska utvecklingen av bassänger ; d) fastställande av åldern för dåligt daterade skikt ; och e) datering och proveniensbestämning av arkeologiska artefakter.
Metod
Till skillnad från andra isotopiska dateringsmetoder är " dottern " i fissionsspårdatering en effekt i kristallen snarare än en dotterisotop. Uran-238 genomgår spontant klyvningssönderfall med en känd hastighet, och det är den enda isotopen med en sönderfallshastighet som är relevant för den betydande produktionen av naturliga klyvningsspår; andra isotoper har fissionsavklingningshastigheter som är för långsamma för att vara av betydelse. Fragmenten som emitteras av denna klyvningsprocess lämnar spår av skador (fossila spår eller jonspår ) i kristallstrukturen av mineralet som innehåller uranet. Processen för spårproduktion är i huvudsak densamma genom vilken snabba tunga joner producerar jonspår. Kemisk etsning av polerade inre ytor av dessa mineral avslöjar spontana klyvningsspår och spårdensiteten kan bestämmas. Eftersom etsade spår är relativt stora (i intervallet 1 till 15 mikrometer), kan räkning göras med optisk mikroskopi , även om andra avbildningstekniker används. Tätheten av fossila spår korrelerar med provets kylålder och med uranhalten, som måste bestämmas oberoende.
För att bestämma uranhalten har flera metoder använts. En metod är genom neutronbestrålning , där provet bestrålas med termiska neutroner i en kärnreaktor, med en extern detektor, såsom glimmer , fäst på kornytan. Neutronbestrålningen inducerar klyvning av uran-235 i provet, och de resulterande inducerade spåren används för att bestämma uranhalten i provet eftersom förhållandet 235 U: 238 U är välkänt och antas vara konstant till sin natur. Det är dock inte alltid konstant. För att bestämma antalet inducerade fissionshändelser som inträffade under neutronbestrålning är en extern detektor ansluten till provet och både provet och detektorn bestrålas samtidigt av termiska neutroner . Den externa detektorn är vanligtvis en glimmerflinga med låg uranhalt, men plaster som CR-39 har också använts. Den resulterande inducerade klyvningen av uran-235 i provet skapar inducerade spår i den överliggande externa detektorn, som senare avslöjas genom kemisk etsning. Förhållandet mellan spontana och inducerade spår är proportionellt mot åldern.
En annan metod för att bestämma urankoncentrationen är genom LA-ICPMS, en teknik där kristallen träffas med en laserstråle och ableras, och sedan passerar materialet genom en masspektrometer .
Ansökningar
Till skillnad från många andra dateringstekniker är klyvningsspårsdatering unikt lämpad för att bestämma termiska händelser vid låga temperaturer med hjälp av vanliga tillbehörsmineraler över ett mycket brett geologiskt område (typiskt 0,1 Ma till 2000 Ma). Apatit , sfen , zirkon , glimmer och vulkaniskt glas innehåller vanligtvis tillräckligt med uran för att vara användbart vid datering av prover av relativt ung ålder ( mesozoikum och kenozoikum ) och är de material som är mest användbara för denna teknik. Dessutom epidoter och granater med låg uranhalt användas för mycket gamla prover ( paleozoikum till prekambrium ). Klyvningsspårsdateringstekniken används i stor utsträckning för att förstå den termiska utvecklingen av den övre skorpan, särskilt i bergsbälten. Fissionsspår bevaras i en kristall när bergets omgivningstemperatur faller under glödgningstemperaturen. Denna glödgningstemperatur varierar från mineral till mineral och är grunden för att bestämma lågtemperatur kontra tidshistorik. Även om detaljerna för förslutningstemperaturer är komplicerade, är de ungefär 70 till 110 °C för typisk apatit, ca. 230 till 250 °C för zirkon, och c. 300 °C för titanit.
Eftersom uppvärmning av ett prov över glödgningstemperaturen gör att fissionsskadan läker eller glödger, är tekniken användbar för att datera den senaste avkylningshändelsen i provets historia. Denna återställning av klockan kan användas för att undersöka den termiska historien för bassängsediment , kilometerskalig uppgrävning orsakad av tektonism och erosion , lågtemperaturmetamorfa händelser och geotermisk venbildning . Spårmetoden har också använts för att datera arkeologiska platser och artefakter. Det användes för att bekräfta kalium-argondatumen för avlagringarna vid Olduvai Gorge .
Proveniensanalys av detritala korn
Ett antal daterbara mineral förekommer som vanliga detritala korn i sandstenar, och om skikten inte har begravts för djupt behåller dessa mineralkorn information om källbergarten. Analys av klyvningsspår av dessa mineraler ger information om den termiska utvecklingen av källbergarterna och kan därför användas för att förstå härkomst och utvecklingen av bergsbälten som kastar sedimentet. Denna teknik för detritalanalys används oftast på zirkon eftersom den är mycket vanlig och robust i det sedimentära systemet, och dessutom har den en relativt hög glödgningstemperatur så att i många sedimentära bassänger återställs inte kristallerna genom senare uppvärmning.
Fission-track-datering av detrital zirkon är ett allmänt tillämpat analytiskt verktyg som används för att förstå den tektoniska utvecklingen av källterräng som har lämnat ett långt och kontinuerligt erosionsregister i intilliggande bassängskikt. Tidiga studier fokuserade på att använda kylåldrarna i detrital zirkon från stratigrafiska sekvenser för att dokumentera tidpunkten och hastigheten för erosionen av stenar i intilliggande orogena bälten (bergsområden). Ett antal nyare studier har kombinerat U/Pb och/eller heliumdatering (U+Th/He) på enkristaller för att dokumentera den specifika historien för enskilda kristaller. Denna dubbeldateringsmetod är ett extremt kraftfullt härkomstverktyg eftersom en nästan komplett kristallhistoria kan erhållas, och därför kan forskare lokalisera specifika källområden med distinkt geologisk historia med relativ säkerhet. Fission-track åldrar på detrital zirkon kan vara så unga som 1 Ma till så gamla som 2000 Ma.
Se även
Vidare läsning
- Naeser, CW, Fission-Track Dating and Geologic Annealing of Fission Tracks , i: Jäger, E. och JC Hunziker, Lectures in Isotope Geology , Springer-Verlag, 1979, ISBN 3-540-09158-0
- USGS, Fission Tracks: Technique , https://web.archive.org/web/20161208062155/http://geology.cr.usgs.gov/capabilities/gronemtrac/geochron/fission/tech.html Hämtad 27 oktober 2005.
- Garver, JI, 2008, Fission-track dating. I Encyclopedia of Paleoklimatology and Ancient Environments, V. Gornitz, (Ed.), Encyclopedia of Earth Science Series, Kluwer Academic Press, sid. 247-249.
- Wagner, GA och Van den Haute, P., 1992, Fission-Track Dating; Kluwer Academic Publishers, 285 s.
- Enkelmann, E., Garver, JI och Pavlis, TL, 2008, Snabb uppgrävning av istäckta stenar i Chugach-St. Elias Orogen, sydöstra Alaska. Geology, v. 36, n.12, sid. 915-918.
- Garver, JI och Montario, MJ, 2008. Detrital fission-spår åldrar från Upper Cambrian Potsdam Formation, New York: konsekvenser för den lågtemperatur termiska historien om Grenville terrane. I: Garver, JI och Montario, MJ (red.) Proceedings from the 11th International Conference on thermochronometry, Anchorage Alaska, sept. 2008, sid. 87-89.
- Bernet, M. och Garver, JI, 2005, kapitel 8: Fission-track analysis of Detrital zircon, In PW Reiners, and TA Ehlers, (red.), Low-Temperature thermochronology: Techniques, Interpretations, and Applications, Reviews in Mineralogy and Geochemistry Series, v. 58, sid. 205-237.