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熱年代学は、惑星の特定の地域の熱的進化を研究する学問です。熱年代学者は、放射年代測定法と、記録された日付で示される時点における研究対象の鉱物の温度を表す閉鎖温度を使用して、特定の岩石、鉱物、または地質単位の熱履歴を理解します。これは地質学のサブフィールドであり、地質年代学と密接に関連しています。
典型的な熱年代学的研究では、ある地域のさまざまな場所から採取した多数の岩石サンプルの年代を測定します。多くの場合、サンプルは急峻な峡谷、崖面、または斜面に沿った垂直の横断面から採取されます。その後、これらのサンプルの年代が測定されます。地下の熱構造に関する知識があれば、これらの日付は、特定のサンプルが鉱物の閉鎖温度にあった深さと時間に変換されます。岩石が現在地表にある場合、このプロセスによって岩石の露出速度がわかります。 [1]
熱年代学に用いられる一般的な同位体システムには、ジルコン、アパタイト、チタン石、天然ガラス、その他のウランを多く含む鉱物粒子の核分裂トラック年代測定法がある。他には、アパタイトのカリウム-アルゴンおよびアルゴン-アルゴン年代測定法、ジルコンおよびアパタイトの(U-Th)/He年代測定法などがある。[1]
放射年代測定
放射年代測定は、地質学者が岩石の年代を決定する方法です。閉鎖系では、サンプル中に存在する放射性同位体の量は、時間と鉱物の崩壊率の直接関数です。[2]したがって、サンプルの年齢を見つけるために、地質学者は、質量分析などのさまざまな方法を使用して、鉱物中に存在する娘同位体と残りの親同位体の比率を見つけます。既知の親同位体と崩壊定数から、年齢を決定できます。このために分析できる異なるイオンは、異なる年代測定と呼ばれます。
熱年代学では、これらの同位体比に関連する年代は、サンプルの熱履歴と直接結びついています。[3]高温では、岩石は開放系のように振る舞います。これは、鉱物からの娘同位体の拡散速度の増加に関連しています。一方、低温では、岩石は閉鎖系として振る舞います。つまり、崩壊生成物はすべて元の母岩内に残っているため、より正確な年代測定が可能になります。[3]同じ鉱物がこれら 2 つの挙動システムを切り替えることができますが、瞬時に切り替えることはできません。切り替えるには、岩石がまず閉鎖温度に達する必要があります。閉鎖温度は鉱物ごとに異なり、サンプルに複数の鉱物が含まれている場合に非常に役立ちます。[4]この温度は、粒子のサイズと形状、一定の冷却速度、化学組成など、いくつかの仮定に依存します。[4]
熱年代学に関連する年代測定の種類
核分裂飛跡年代測定
核分裂飛跡年代測定法は、熱年代学でアパタイトなどのウランを多く含む鉱物のおおよその年代を調べるのに用いられる方法です。無機物質中でウラン238（238 U ）の核分裂が起こると、損傷跡が作られます。これはウランの崩壊から放出された高速荷電粒子によるもので、固体中を進む軌跡に沿って細い損傷跡を作ります。[5]作られた核分裂飛跡をより詳しく調べるために、自然の損傷跡は化学エッチングによってさらに拡大され、通常の光学顕微鏡で観察できるようになります。鉱物の年代は、まず核分裂崩壊の自発的な速度を知り、次に鉱物の生涯にわたって蓄積された飛跡の数を測定し、まだ存在するウランの量を推定することで決定されます。[6]
高温では、核分裂トラックは焼きなますことが知られています。[7]そのため、サンプルの正確な年代測定は非常に困難です。絶対年代は、サンプルが急速に冷却され、表面または表面近くで乱されずに残っている場合にのみ決定できます。[8]圧力や温度などの環境条件と、それらが原子レベルで核分裂トラックに与える影響はまだ不明です。ただし、核分裂トラックの安定性は、一般的に温度と時間に絞り込むことができます。[6]鉱物のおおよその年代は、隆起や削剥など、サンプルの熱履歴の側面を反映しています。[6]
カリウム-アルゴン/アルゴン-アルゴン年代測定
カリウム-アルゴン/アルゴン-アルゴン年代測定は、アパタイトなどの鉱物の年代を調べるために熱年代学で応用されています。カリウム-アルゴン (K-Ar) 年代測定は、同位体カリウム ( 40 K) の放射性崩壊生成物である同位体アルゴン ( 40 Ar)の量を測定するものです。40 Arは溶融岩などの液体中に逃げることができますが、岩が固まる、つまり再結晶化すると蓄積されるため、地質学者は蓄積した40 Ar の量と残りの40 Kの量の比率を調べることで、再結晶化からの時間を測定できます。 [9]カリウムの半減期を知ることで、年代を見つけることができます。 [9]
アルゴン-アルゴン年代測定法では、 40 Ar と39 Arの比率を40 Kの代理として用いてサンプルの年代を割り出します。この方法は、同位体の測定が 1 回だけで済むため採用されています。この方法を行うには、安定同位体39 K を放射性同位体40 Arに変換するために、原子炉からアルゴン同位体の核を照射する必要があります。岩石の年代を測定するには、既知の年代のサンプルでこのプロセスを繰り返すことで比率を比較する必要があります。[10]
(U-Th)/He 年代測定
(U-Th)/He年代測定は、ウランとトリウムのアルファ崩壊の結果として存在する放射性ヘリウム( 4 He)の量を測定することによってサンプルの年代を測定するために使用されます。このヘリウム生成物は、閉鎖温度に達するまで鉱物内に保持されるため、鉱物の熱進化を決定することができます。核分裂トラック年代測定と同様に、サンプルの正確な年齢を決定することは困難です。温度が閉鎖温度を超えると、崩壊生成物であるヘリウムが大気中に拡散し、年代測定がリセットされます。[11]
アプリケーション
研究対象のサンプルの相対的な日付と温度を決定することにより、地質学者は堆積物の構造情報を理解することができます。熱年代学は、今日では、地質構造研究、[12]、山脈の隆起、[13]、熱水鉱床、[4]、さらには隕石など、さまざまな主題で使用されています。[14]隆起速度、結晶化期間など、ある地域の熱履歴を理解することは、さまざまな分野に応用でき、地球の歴史と熱進化を理解するのに役立ちます。
参照
- 一般的な
- 一貫性、つまり、独立した無関係な情報源からの証拠が、強い結論に「収束」する可能性がある。
参考文献
- ^ ab Zentilli, M.; Reynolds, PH (1992).低温熱年代学. カナダ鉱物学会. OCLC 26628421.
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