フィッショントラック年代測定
アパタイト中のウラン238のエッチングされた核分裂飛跡。飛跡の長さは約17ミクロンです。[ 1 ]

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内の核分裂片によって残された損傷の跡、または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、および様々な考古学的遺物の起源と年代 の解明に大きな影響を与えた、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の自然崩壊から生成される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) 山地帯の進化を理解する。b) 堆積物の起源または起源を決定する。c)盆地の熱的進化を研究する。 d) 年代測定が困難な地層の年代を決定する。e) 考古学的遺物の年代測定と起源を決定する。

1930年代、ウラン（特にU-235）は中性子に照射されると核分裂を起こすことが発見されました。この核分裂により固体中に損傷跡が生じ、化学エッチングによってその痕跡を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、フィッション・トラック年代測定における「娘核種」は、娘同位体ではなく結晶中の作用です。ウラン238は既知の速度で自発核分裂崩壊を起こし、天然のフィッション・トラック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。この核分裂過程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（化石トラックまたはイオントラック）を残します。トラック生成プロセスは、高速重イオンがイオントラックを生成するプロセスと本質的に同じです。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ことで、自発核分裂トラックが明らかになり、トラック密度を測定できます。エッチングされたトラックは比較的大きいため（1～15マイクロメートルの範囲）、光学顕微鏡で計数することもできますが、他の画像化技術も使用されます。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取り付け、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、この比率は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同時に熱中性子を照射する。外部検出器は通常は低ウラン雲母片であるが、CR-39などのプラスチックも使用されている。試料中のウラン235の誘導核分裂により、上部に設置された外部検出器に誘導飛跡が形成されます。これは後に化学エッチングによって明らかになります。誘導飛跡に対する自発飛跡の比は、試料の年代に比例します。

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を行い、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～2000 Ma）にわたる一般的な副次鉱物を用いた低温の熱イベントの判定に特に適しています。 リン灰石、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（中生代および新生代）のサンプルの年代測定に有用な十分なウランが含まれており、この技術に最も有用な材料です。さらに、低ウランの緑簾石やガーネットは、非常に古いサンプル（古生代～先カンブリア代）に使用できます。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、低温と時間履歴を判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、チタナイトの場合は約 300 °C です。

試料をアニーリング温度以上に加熱すると、核分裂損傷が治癒（アニーリング）するため、この手法は試料の歴史の中で最も最近の冷却イベントの年代測定に有用です。この時計のリセットは、盆地堆積物の熱史、テクトニズムと侵食によるキロメートル規模の地表上昇、低温変成作用、そして地熱鉱脈の形成を調査するために利用できます。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測定にも用いられています。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も使用されました。

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もれていない場合、これらの鉱物粒子は根源岩に関する情報を保持しています。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的進化に関する情報を提供し、したがって、堆積物を放出した山脈の起源と進化を理解するために使用することができます。[ 5 ]この砕屑分析技術は、ジルコンに最も一般的に適用されています。これは、ジルコンが堆積システムにおいて非常に一般的で堅牢であり、さらに比較的高い焼きなまし温度を持つため、多くの堆積盆地において結晶が後の加熱によってリセットされないためです。

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期にわたる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、地層シーケンス中の砕屑性ジルコンの冷却年代を用いて、隣接する造山帯（山脈）における岩石の侵食の時期と速度を記録することに重点が置かれていました。最近の多くの研究では、単結晶のU/Pb年代測定とヘリウム年代測定（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。この二重年代測定法は、ほぼ完全な結晶履歴が得られるため、非常に強力な起源特定ツールであり、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地域を特定することができます。[ 6 ]砕屑性ジルコンのフィッション・トラック年代は、1 Maから2000 Maまでの範囲にわたります。[ 7 ]

参照

参考文献

  1. ^ 「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・テクトニクス」tectonics.stanford.edu . 2023年3月9日閲覧。
  2. ^ 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.
  3. ^ Hurford, AJ (2019). フィッション・トラック熱年代学の歴史的展望. Malusà, M., Fitzgerald, P. (編) フィッション・トラック熱年代学とその地質学への応用. 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)
  4. ^マーヴィン、エブリン. 「自然の原子炉：西アフリカ、ガボンにある20億年前の天然核分裂炉」 . Scientific American Blog Network . 2018年8月19日閲覧。
  5. ^ 「鉱物学と地球化学のレビュー | GeoScienceWorld」。
  6. ^ 「検索結果 | 地質学 | GeoScienceWorld」。
  7. ^ 「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：手法」 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。V. Gornitz編『古気候学・古代環境百科事典』、地球科学百科事典シリーズ、Kluwer Academic Press、247-249ページ。
  • Wagner, GA、および Van den Haute, P.、1992、「Fission-Track Dating」、Kluwer Academic Publishers、285 ページ。
  • エンケルマン, E.、ガーバー, JI、パヴリス, 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における氷に覆われた岩石の急速な隆起」『地質学』第36巻、注12、915-918頁。
  • Garver, JI および Montario, MJ, 2008. 「ニューヨーク州、上部カンブリア系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示唆」 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。
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