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フィッション・トラック年代測定は、特定のウラン含有鉱物およびガラスに核分裂片が残した損傷の跡、つまりトラックの分析に基づく放射年代測定技術である。[2]フィッション・トラック年代測定は、大陸地殻の熱史、火山活動の時期、およびさまざまな考古学的遺物の起源と年代 の理解に大きな影響を与えてきた、比較的単純な放射年代測定法である。この方法では、一般的な副次鉱物中のウラン 238の自然崩壊によって生成された核分裂イベントの数を使用して、閉鎖温度以下に岩石が冷却した時間を測定します。フィッション・トラックは熱に敏感であるため、この技術は岩石および鉱物の熱的進化を解明するのに役立ちます。フィッション・トラックを使用する現在のほとんどの研究は、次のことを目的としています。a) 山岳地帯の進化を理解する。b) 堆積物の起源または起源を特定する。c)盆地の熱的進化を研究する。 d) 年代測定が不十分な地層の年代を決定すること、および e) 考古学的遺物の年代測定と起源を決定すること。
1930年代に、ウラン（特にU-235）は中性子に当たると核分裂を起こすことが発見されました。これにより固体に損傷跡が残り、化学エッチングで明らかにすることができました。[3]
方法
他の同位体年代測定法とは異なり、核分裂飛跡年代測定における「娘」は、娘同位体ではなく結晶の効果です。ウラン 238 は既知の速度で自発的に核分裂崩壊を起こし、天然の核分裂飛跡の顕著な生成に関連する崩壊速度を持つ唯一の同位体です。他の同位体は、核分裂崩壊速度が遅すぎて影響がありません。この核分裂プロセスによって放出された破片は、ウランを含む鉱物の結晶構造に損傷の痕跡 (化石飛跡またはイオン飛跡)を残します。飛跡生成のプロセスは、高速重イオンがイオン飛跡を生成するプロセスと基本的に同じです。これらの鉱物の研磨された内部表面を化学エッチングすると、自発的な核分裂飛跡が現れ、飛跡密度を測定できます。エッチングされた飛跡は比較的大きいため (1 ～ 15 マイクロメートルの範囲)、他の画像化技術が使用されますが、光学顕微鏡でカウントできます。化石の痕跡の密度は、サンプルの冷却年代およびウラン含有量と相関しており、これらは個別に決定する必要があります。
ウラン含有量を決定するために、いくつかの方法が使用されてきた。 1つの方法は中性子照射によるもので、雲母などの外部検出器を粒子表面に固定し、サンプルを原子炉で熱中性子で照射する。 中性子照射によりサンプル内のウラン235の核分裂が誘発され、その結果生じる誘導飛跡を使用してサンプルのウラン含有量を決定する。これは、235 U: 238 Uの比率がよく知られており、自然界では一定であると想定されているためである。しかし、常に一定であるわけではない。[4]中性子照射中に発生した誘導核分裂イベントの数を決定するために、外部検出器をサンプルに取り付け、サンプルと検出器の両方に熱中性子を同時に照射する。外部検出器は通常、ウラン含有量の低い雲母片であるが、CR-39などのプラスチックも使用されている。サンプル中のウラン 235 の誘導核分裂により、上にある外部検出器に誘導飛跡が生成され、これは後で化学エッチングによって明らかになります。自発飛跡と誘導飛跡の比率は、年齢に比例します。
ウラン濃度を測定する別の方法は、LA-ICPMS を使用する方法です。これは、結晶にレーザー光線を当ててアブレーションし、その物質を質量分析計に通す技術です。
アプリケーション
他の多くの年代測定技術とは異なり、フィッション・トラック年代測定は、非常に広い地質学的範囲（通常、0.1 Maから2000 Ma）にわたる一般的な副次鉱物を使用して低温の熱イベントを決定するのに特に適しています。 アパタイト、スフェーン、ジルコン、雲母、火山ガラスには通常、比較的若い時代（中生代と新生代）のサンプルの年代測定に役立つ十分なウランが含まれており、この技術に最も役立つ材料です。さらに、低ウランの緑簾石とガーネットは、非常に古いサンプル（古生代から先カンブリア時代）に使用される場合があります。フィッション・トラック年代測定技術は、特に山岳地帯の上部地殻の熱的進化を理解するために広く使用されています。岩石の周囲温度がアニーリング温度を下回ると、フィッション・トラックが結晶に保存されます。このアニーリング温度は鉱物ごとに異なり、低温と時間履歴を決定するための基礎となります。閉鎖温度の詳細は複雑ですが、一般的なアパタイトの場合は約 70 ～ 110 °C、ジルコンの場合は約 230 ～ 250 °C、チタンナイトの場合は約 300 °C です。
サンプルをアニーリング温度以上に加熱すると、核分裂による損傷が治癒またはアニーリングするため、この技術はサンプルの歴史の中で最も最近の冷却イベントの年代を判定するのに役立ちます。この時計のリセットは、盆地 堆積物の熱履歴、地殻変動と浸食によるキロメートル規模の隆起、低温変成イベント、および地熱鉱脈 の形成を調査するために使用できます。フィッショントラック法は、考古学的な遺跡や遺物の年代判定にも使用されています。オルドバイ渓谷の堆積物のカリウム-アルゴン年代を確認するために使用されました。
堆積性粒子の起源分析
年代測定可能な鉱物の多くは砂岩中に一般的な砕屑粒子として存在し、地層があまり深く埋まっていなければ、これらの鉱物粒子は根源岩に関する情報を保持している。これらの鉱物のフィッショントラック分析は根源岩の熱進化に関する情報を提供するため、堆積物を流した山脈の起源と進化を理解するために使用できる。 [5] この砕屑粒子分析技術は、ジルコンに最も一般的に適用されている。ジルコンは堆積システムで非常に一般的で堅牢であり、さらにアニーリング温度が比較的高いため、多くの堆積盆地で結晶が後の加熱によってリセットされないためである。
砕屑性ジルコンのフィッショントラック年代測定は、隣接する盆地の地層に長く継続的な侵食記録を残した起源地形のテクトニック進化を理解するために広く応用されている分析ツールです。初期の研究では、地層シーケンスから得られた砕屑性ジルコンの冷却年代を使用して、隣接する造山帯（山脈）の岩石の侵食の時期と速度を記録することに焦点を当てていました。最近の多くの研究では、単結晶の U/Pb および/またはヘリウム年代測定（U+Th/He）を組み合わせて、個々の結晶の特定の履歴を記録しています。この二重の年代測定アプローチは、ほぼ完全な結晶履歴が得られるため、非常に強力な起源ツールであり、研究者は比較的確実に、異なる地質学的履歴を持つ特定の起源領域を特定できます。[6] 砕屑性ジルコンのフィッショントラック年代は、1 Ma ほど若いものから 2000 Ma ほど古いものまであります。[7]
参照
参考文献
- ^ 「フィッション・トラック熱年代学とそのテクトニック応用 | 構造地質学とテクトニクス」tectonics.stanford.edu . 2023年3月9日閲覧。
- ^ RL Fleischer; PB Price; RM Walker (1975).固体中の核飛跡。カリフォルニア大学出版局、バークレー。
- ^ Hurford, AJ (2019). フィッショントラック熱年代学に関する歴史的視点。Malusà, M.、Fitzgerald, P. (編) フィッショントラック熱年代学と地質学への応用。Springer Textbooks in Earth Sciences, Geography and Environment。Springer、Cham。https://doi.org/10.1007/978-3-319-89421-8_1 。(参考文献を含む)
- ^ マーヴィン、エブリン。「自然の原子炉：西アフリカのガボンにある20億年前の天然核分裂炉」。サイエンティフィック・アメリカン・ブログ・ネットワーク。 2018年8月19日閲覧。
- ^ 「鉱物学と地球化学のレビュー | GeoScienceWorld」。
- ^ 「検索結果 | 地質学 | GeoScienceWorld」。
- ^ 「FT 2008 - 第11回国際熱年代測定会議」。2010年12月7日時点のオリジナルよりアーカイブ。2009年1月25日閲覧。
さらに読む
- Naeser, CW, Fission-Track Dating and Geologic Annealing of Fission Tracks、Jäger, E. および JC Hunziker, Lectures in Isotope Geology、Springer-Verlag、1979 年、ISBN 3-540-09158-0
- 「核分裂飛跡：技術」。USGS 2016年12月8日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2005年10月27日閲覧。
- Garver, JI、2008、「フィッション・トラック年代測定」。『古気候学および古代環境百科事典』、V. Gornitz 編、地球科学百科事典シリーズ、Kluwer Academic Press、p. 247-249。
- Wagner, GA、および Van den Haute, P.、1992、「Fission-Track Dating」、Kluwer Academic Publishers、285 ページ。
- Enkelmann, E.、Garver, JI、および Pavlis, TL、2008、「アラスカ南東部チュガッチ-セントイライアス造山帯の氷で覆われた岩石の急速な隆起」、地質学、v. 36、n.12、p. 915-918。
- Garver, JI および Montario, MJ、2008。ニューヨーク州、上部カンブリア紀ポツダム層の砕屑性フィッション・トラック年代：グレンヴィル・テレーンの低温熱史への影響。Garver, JI、および Montario, MJ（編）第 11 回国際熱年代測定会議議事録、アラスカ州アンカレッジ、2008 年 9 月、p. 87-89。
- Bernet, M.、および Garver, JI、2005、第 8 章: 砕屑性ジルコンのフィッション トラック分析、PW Reiners および TA Ehlers (編)、『低温熱年代学: 技術、解釈、およびアプリケーション』、鉱物学および地球化学シリーズのレビュー、v. 58、p. 205-237。