Термохронология - Thermochronology

Примерная температурная кривая в глубинах Земли. Показывает, что с увеличением глубины становится жарче.

Термохронология это исследование тепловой эволюции области планеты. Термохронологи используют радиометрическое датирование вместе с температуры закрытия которые представляют температуру изучаемого минерала в момент времени, заданный датой, записанной для понимания термической истории конкретной породы, минерала или геологической единицы. Это подполе внутри геология, и тесно связан с геохронология.

Типичное термохронологическое исследование будет включать даты ряда образцов горных пород из различных областей в регионе, часто на вертикальном разрезе вдоль крутого каньона, скалы или склона. Затем эти образцы датируются. Имея некоторые сведения о подповерхностной термической структуре, эти даты переводятся в глубины и время, когда этот конкретный образец находился при температуре закрытия минерала. Если сегодня камень находится на поверхности, этот процесс дает эксгумация скорость камня.[1]

Общие изотопные системы, используемые для термохронологии, включают: датировка треков деления в циркон, апатит, титанит, природные стекла и другие минеральные зерна, богатые ураном. Другие включают калий-аргон и аргон-аргон датировка апатита и (U-Th) / He датировка циркона и апатита.[1]

Радиометрические датировки

Радиометрическое датирование так геолог определяет возраст горной породы. В закрытая система количество радиогенных изотопов, присутствующих в образце, напрямую зависит от времени и скорости распада минерала.[2] Поэтому для определения возраста образца геологи находят соотношение дочерние изотопы оставшимся родительским изотопам, присутствующим в минерале, с помощью различных методов, таких как масс-спектрометрии. Из известных родительские изотопы и постоянная распада, тогда мы можем определить возраст. Для этого могут быть проанализированы разные ионы, которые называются разными датами.

Для термохронологии возраст, связанный с этими изотопными отношениями, напрямую связан с термической историей образца.[3] При высоких температурах камни будут вести себя так, как будто они находятся в открытая система, что связано с повышенной скоростью распространение из дочерние изотопы 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 поэтому точнее на сегодняшний день.[3] Один и тот же минерал может переключаться между этими двумя системами поведения, но не мгновенно. Чтобы переключиться, камень должен сначала достичь своего температура закрытия. Температура закрытия индивидуальна для каждого минерала и может быть очень полезной, если в образце обнаружено несколько минералов.[4] Эта температура зависит от нескольких допущений, в том числе от размера и формы зерна, постоянной скорости охлаждения и химического состава.[4]

Типы свиданий, связанные с термохронологией

Свидание по треку деления

Треки деления, наблюдаемые в минерале под оптическим микроскопом.

Датировка по треку деления это метод, используемый в термохронологии для определения приблизительного возраста нескольких богатых ураном минералов, таких как апатит. Когда ядерное деление урана-238 (238U ) происходит в органических материалах, образуются следы повреждений. Это происходит из-за того, что быстрая заряженная частица, высвобождающаяся при распаде урана, создает тонкий след повреждения вдоль своей траектории через твердое тело.[5] Чтобы лучше изучить созданные треки деления, естественные треки повреждений дополнительно увеличены на химическое травление чтобы их можно было просматривать под обычным оптические микроскопы. Затем определяется возраст минерала, сначала зная скорость спонтанного 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 треки деления отжиг.[7] Поэтому точное датирование образцов очень сложно. Абсолютный возраст можно определить только в том случае, если образец быстро охладился и остался нетронутым на поверхности или близко к ней.[8] Условия окружающей среды, такие как давление и температура, и их влияние на трек деления на атомном уровне все еще остаются неясными. Однако стабильность треков деления обычно можно сузить до температуры и времени.[9] Приблизительный возраст минералов все еще отражает аспекты термической истории образца, такие как поднять и обнажение.[9]

Калий-аргон / аргон-аргон датирование

Калий-аргон / аргон-аргон датирование применяется в термохронологии для определения возраста минералов, таких как апатит. Калий-аргоновое (K-Ar) датирование занимается определением количества продукта радиоактивного распада изотопного калия (40K) в продукт его распада изотопного аргона (40Ар). Поскольку 40Ar может улетучиваться в жидкости, такие как расплавленная порода, но накапливается, когда порода затвердевает или перекристаллизовывается геологи могут измерить время, прошедшее с момента перекристаллизации, глядя на соотношение количества 40Ar, накопившийся до 40Осталось К.[10] Возраст можно узнать, зная период полураспада калия.[10]

Аргон-аргоновое датирование использует соотношение 40Ar к 39Ar как прокси для 40K найти дату образца. Этот метод был принят, потому что он требует только одного измерения изотопа. Для этого ядро ​​изотопа аргона необходимо облученный из ядерный реактор чтобы преобразовать стабильный изотоп 39K к радиоактивному 40Ar. Чтобы измерить возраст породы, вы должны повторить этот процесс на выборке известного возраста, чтобы сравнить соотношения.[11]

(U-Th) / He Dating

(U-Th) / He датирование используется для измерения возраста образца путем измерения количества радиогенных гелий (4Он) присутствует в результате альфа-распад из уран и торий. Этот гелиевый продукт сохраняется в минерале до тех пор, пока не будет достигнута температура закрытия, и, следовательно, может быть определяющим фактором термического развития минерала. Как и при датировании по трекам деления, точный возраст образца определить сложно. Если температура превышает температуру закрытия, продукт распада, гелий, диффундирует в атмосферу, и датировка сбрасывается.[12]

Приложения

Определив относительную дату и температуру исследуемого образца, геологи могут понять структурную информацию отложений. Термохронология сегодня используется в самых разных предметах, таких как тектонические исследования.[13], эксгумация горных поясов[14], гидротермальные рудные месторождения[15], и даже метеориты[16]. Понимание термической истории области, такой как скорость эксгумации, продолжительность кристаллизации и многое другое, может быть применимо в самых разных областях и поможет понять историю Земли и ее тепловую эволюцию.

Рекомендации

  1. ^ а б Зентилли, М .; Рейнольдс, П. (1992). Низкотемпературная термохронология. Минералогическая ассоциация Канады. OCLC  26628421.
  2. ^ Мисра, Кула С. (2012). Введение в геохимию: принципы и применение. John Wiley & Sons, Incorporated. С. 225–232. ISBN  978-1-4051-2142-2.
  3. ^ а б Браун, Жан, 1961 - Бик, Питер ван дер, 1967 - Батт, Джеффри (2012). Количественная термохронология: численные методы интерпретации термохронологических данных. Издательство Кембриджского университета. ISBN  978-1-107-40715-2. OCLC  819316615.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  4. ^ а б Mclnnes, Brent I.A .; Evans, Noreen J .; Fu, Frank Q .; Гарвин, Стив (2005-12-31), "18. Применение термохронологии к гидротермальным рудным месторождениям", Низкотемпературная термохронология, Де Грюйтер, стр. 467–498, Дои:10.1515/9781501509575-020, ISBN  978-1-5015-0957-5
  5. ^ Вагнер, Г .; От, П. ван ден (2012-12-06). Свидание по следам деления. Springer Science & Business Media. ISBN  9789401124782.
  6. ^ Глидоу, Эндрю Дж. У .; Белтон, Дэвид X .; Кон, Барри П .; Браун, Родерик В. (01.01.2002). «Датирование треков деления фосфатных минералов и термохронология апатита». Обзоры по минералогии и геохимии. 48 (1): 579–630. Дои:10.2138 / RMG.2002.48.16. ISSN  1529-6466.
  7. ^ Михельс, Джозеф В. (1972). «Методы знакомств». Ежегодный обзор антропологии. 1 (1): 113–126. Дои:10.1146 / annurev.an.01.100172.000553. ISSN  0084-6570.
  8. ^ Макиннес, Б. И. А. (1 января 2005 г.). «Применение термохронологии к гидротермальным рудным месторождениям». Обзоры по минералогии и геохимии. 58 (1): 467–498. Дои:10.2138 / RMG.2005.58.18. ISSN  1529-6466.
  9. ^ а б Глидоу, Эндрю Дж. У .; Белтон, Дэвид X .; Кон, Барри П .; Браун, Родерик В. (01.01.2002). «Датирование треков деления фосфатных минералов и термохронология апатита». Обзоры по минералогии и геохимии. 48 (1): 579–630. Дои:10.2138 / RMG.2002.48.16. ISSN  1529-6466.
  10. ^ а б Макдугалл, Ян. (1988). Геохронология и термохронология методом p40 sAr / p39 sAr. Издательство Оксфордского университета. OCLC  270672499.
  11. ^ КУЙПЕР, К. (2004). «40Ar / 39Ar возраста тефра, включенного в астрономически настроенные осадочные толщи неогена в восточном Средиземноморье * 1». Письма по науке о Земле и планетах. 222 (2): 583–597. Дои:10.1016 / s0012-821x (04) 00177-3. ISSN  0012-821X.
  12. ^ Фарли, К. А. (2000-02-10). «Диффузия гелия из апатита: общее поведение на примере фторапатита Дуранго». Журнал геофизических исследований: твердая Земля. 105 (B2): 2903–2914. Дои:10.1029 / 1999jb900348. ISSN  0148-0227.
  13. ^ Стокли, Дэниел Ф. (31 декабря 2005 г.), «16. Применение низкотемпературной термохронометрии к пространственным тектоническим условиям», в Reiners, Peter W; Элерс, Тодд А. (ред.), Низкотемпературная термохронология, De Gruyter, стр. 411–448, Дои:10.1515/9781501509575-018, ISBN  978-1-5015-0957-5
  14. ^ Спотила, Джеймс А. (2005-12-31), «17. Применение низкотемпературной термохронометрии для количественной оценки недавних эксгумаций в горных поясах», в Reiners, Peter W; Элерс, Тодд А. (ред.), Низкотемпературная термохронология, De Gruyter, стр. 449–466, Дои:10.1515/9781501509575-019, ISBN  978-1-5015-0957-5
  15. ^ Mclnnes, Brent I.A .; Evans, Noreen J .; Fu, Frank Q .; Гарвин, Стив (2005-12-31), "18. Применение термохронологии к гидротермальным рудным месторождениям", Низкотемпературная термохронология, Де Грюйтер, стр. 467–498, Дои:10.1515/9781501509575-020, ISBN  978-1-5015-0957-5
  16. ^ Мин, Кёнгвон (31 декабря 2005 г.), «21. Низкотемпературная термохронометрия метеоритов», Рейнерс, Питер В. Элерс, Тодд А. (ред.), Низкотемпературная термохронология, De Gruyter, стр. 567–588, Дои:10.1515/9781501509575-023, ISBN  978-1-5015-0957-5