علم تحديد العمر الحراري

📅 آخر تحديث: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة
منحنى درجة الحرارة التقريبي في أعماق الأرض. يوضح أن درجة الحرارة ترتفع مع زيادة العمق.

علم التأريخ الحراري هو دراسة التطور الحراري لمنطقة معينة على سطح الكوكب. يستخدم علماء التأريخ الحراري التأريخ الإشعاعي إلى جانب درجات حرارة الإغلاق التي تمثل درجة حرارة المعدن المدروس في الوقت المحدد بالتاريخ المسجل، وذلك لفهم التاريخ الحراري لصخرة أو معدن أو وحدة جيولوجية معينة. وهو فرع من فروع علم الجيولوجيا ، ويرتبط ارتباطًا وثيقًا بعلم التأريخ الجيولوجي .

تتضمن دراسة التأريخ الحراري النموذجية تحديد تواريخ عدد من عينات الصخور من مناطق مختلفة في إقليم ما، وغالبًا ما تُؤرَّخ هذه العينات من مقطع رأسي على طول وادٍ شديد الانحدار أو جرف صخري أو منحدر. ثم تُؤرَّخ هذه العينات. وبمعرفة البنية الحرارية تحت السطحية، تُحوَّل هذه التواريخ إلى أعماق وأزمنة كانت فيها تلك العينة تحديدًا عند درجة حرارة إغلاق المعدن. إذا كانت الصخرة موجودة اليوم على السطح، فإن هذه العملية تُعطي معدل تعرية الصخرة. [ 1 ]

تشمل الأنظمة النظائرية الشائعة المستخدمة في علم تحديد العمر الحراري التأريخ باستخدام آثار الانشطار في الزركون والأباتيت والتيتانيت والزجاج الطبيعي وحبيبات المعادن الأخرى الغنية باليورانيوم. وتشمل أنظمة أخرى التأريخ باستخدام البوتاسيوم-أرجون والأرجون -أرجون في الأباتيت، والتأريخ باستخدام (U-Th)/He في الزركون والأباتيت. [ 1 ]

التأريخ الإشعاعي

التأريخ الإشعاعي هو الطريقة التي يحدد بها الجيولوجيون عمر الصخور. في نظام مغلق ، تتناسب كمية النظائر المشعة الموجودة في العينة تناسبًا طرديًا مع الزمن ومعدل تحلل المعدن. [ 2 ] لذلك، لتحديد عمر العينة، يحسب الجيولوجيون نسبة النظائر الوليدة إلى النظائر الأصلية المتبقية في المعدن باستخدام طرق مختلفة، مثل مطياف الكتلة . ومن خلال النظائر الأصلية المعروفة وثابت التحلل ، يمكننا تحديد العمر. يمكن تحليل أيونات مختلفة لهذا الغرض، وتُسمى هذه الطرق بأنواع مختلفة من التأريخ.

في علم تحديد العمر الحراري، ترتبط الأعمار المرتبطة بهذه النسب النظائرية ارتباطًا مباشرًا بالتاريخ الحراري للعينة. [ 3 ] عند درجات الحرارة المرتفعة، تتصرف الصخور كما لو كانت في نظام مفتوح ، وهو ما يرتبط بزيادة معدل انتشار النظائر الناتجة عن التحلل خارج المعدن. أما عند درجات الحرارة المنخفضة، فتتصرف الصخور كنظام مغلق ، مما يعني أن جميع نواتج التحلل لا تزال موجودة داخل الصخرة المضيفة الأصلية، وبالتالي يكون تحديد العمر أكثر دقة. [ 3 ] يمكن للمعدن نفسه أن ينتقل بين هذين النظامين السلوكيين، ولكن ليس بشكل فوري. للانتقال بينهما، يجب أن تصل الصخرة أولًا إلى درجة حرارة الإغلاق . درجة حرارة الإغلاق خاصة بكل معدن، ويمكن أن تكون مفيدة جدًا إذا تم العثور على معادن متعددة في العينة. [ 4 ] تعتمد هذه الدرجة على عدة افتراضات، منها: حجم الحبيبات وشكلها، ومعدل تبريد ثابت، والتركيب الكيميائي. [ 4 ]

أنواع التأريخ المرتبطة بالتأريخ الحراري

تحديد عمر مسار الانشطار

تم رصد آثار الانشطار في معدن تحت المجهر الضوئي.

يُعدّ التأريخ بآثار الانشطار النووي الطريقة المُستخدمة في علم التأريخ الحراري لتحديد العمر التقريبي للعديد من المعادن الغنية باليورانيوم، مثل الأباتيت . فعندما يحدث انشطار نووي لليورانيوم-238 ( U - 238 ) في المواد غير العضوية، تتكوّن آثار تلف. وتنتج هذه الآثار عن جسيم مشحون سريع، ينطلق من تحلل اليورانيوم، مُحدثًا مسارًا رفيعًا من التلف على طول مساره عبر المادة الصلبة. [ 5 ] ولتحسين دراسة آثار الانشطار المتكوّنة، تُكبّر آثار التلف الطبيعية عن طريق الحفر الكيميائي لتتمكن من رؤيتها تحت المجاهر الضوئية العادية . ثم يُحدّد عمر المعدن بمعرفة معدل الانشطار التلقائي أولًا، ثم قياس عدد الآثار المتراكمة على مدار عمر المعدن، بالإضافة إلى تقدير كمية اليورانيوم المتبقية فيه. [ 6 ]

من المعروف أن آثار الانشطار النووي تتصلب عند درجات حرارة مرتفعة . [ 7 ] ولذلك، يصعب تحديد العمر الدقيق للعينات. ولا يمكن تحديد العمر المطلق إلا إذا بردت العينة بسرعة وبقيت دون اضطراب على السطح أو بالقرب منه. [ 8 ] ولا تزال الظروف البيئية، مثل الضغط ودرجة الحرارة، وتأثيراتها على آثار الانشطار على المستوى الذري غير واضحة. ومع ذلك، يمكن عمومًا حصر استقرار آثار الانشطار في درجة الحرارة والزمن. [ 6 ] ولا تزال الأعمار التقريبية للمعادن تعكس جوانب من التاريخ الحراري للعينة، مثل الرفع والتعرية . [ 6 ]

التأريخ بالبوتاسيوم-أرجون/الأرجون-أرجون

يُستخدم التأريخ بالبوتاسيوم-أرجون/الأرجون-أرجون في علم التأريخ الحراري لتحديد عمر المعادن، مثل الأباتيت. يهتم التأريخ بالبوتاسيوم-أرجون (K-Ar) بتحديد كمية ناتج التحلل الإشعاعي لنظير البوتاسيوم ( 40K ) إلى ناتج تحلله لنظير الأرجون ( 40Ar ). ولأن الأرجون ( 40Ar ) قادر على التسرب في السوائل، مثل الصخور المنصهرة، ولكنه يتراكم عند تصلب الصخور أو إعادة تبلورها ، يستطيع الجيولوجيون قياس الزمن منذ إعادة التبلور من خلال النظر إلى نسبة كمية الأرجون ( 40Ar ) المتراكمة إلى كمية البوتاسيوم (40K ) المتبقية. [ 9 ] ويمكن تحديد العمر بمعرفة نصف عمر البوتاسيوم. [ 9 ]

يستخدم التأريخ بالأرجون-أرجون نسبة 40Ar إلى 39Ar كمؤشر لـ 40K لتحديد عمر العينة. وقد تم اعتماد هذه الطريقة لأنها لا تتطلب سوى قياس واحد للنظير. وللقيام بذلك، يجب تشعيع نواة نظير الأرجون من مفاعل نووي لتحويل النظير المستقر 39K إلى 40Ar المشع . ولتحديد عمر الصخرة، يجب تكرار هذه العملية على عينة معروفة العمر لمقارنة النسب. [ 10 ]

(U-Th)/He المواعدة

يُستخدم التأريخ باستخدام نظائر اليورانيوم والثوريوم/الهيليوم لتحديد عمر العينة عن طريق قياس كمية الهيليوم المشع ( <sup> 4 </sup> He) الناتج عن تحلل ألفا لليورانيوم والثوريوم . يبقى هذا الهيليوم الناتج في المعدن حتى الوصول إلى درجة حرارة الإغلاق، وبالتالي يُمكن استخدامه لتحديد التطور الحراري للمعدن. وكما هو الحال في التأريخ باستخدام آثار الانشطار، يصعب تحديد العمر الدقيق للعينة. إذا تجاوزت درجة الحرارة درجة حرارة الإغلاق، ينتشر ناتج التحلل، الهيليوم، إلى الغلاف الجوي، وعندها يُعاد ضبط التأريخ. [ 11 ]

التطبيقات

من خلال تحديد التاريخ النسبي ودرجة حرارة العينة المدروسة، يستطيع الجيولوجيون فهم المعلومات البنيوية للرواسب. يُستخدم علم التأريخ الحراري اليوم في مجالات متنوعة، مثل الدراسات التكتونية، [ 12 ] واستخراج السلاسل الجبلية، [ 13 ] ورواسب الخامات الحرارية المائية، [ 4 ] وحتى النيازك. [ 14 ] إن فهم التاريخ الحراري لمنطقة ما، مثل معدل استخراجها ومدة تبلورها، وغير ذلك، يُمكن تطبيقه في مجالات عديدة، ويساعد على فهم تاريخ الأرض وتطورها الحراري.

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 زينتيلي، م.؛ رينولدز، ب.هـ. (1992). علم تحديد العمر الحراري في درجات الحرارة المنخفضة . الجمعية المعدنية الكندية. OCLC 26628421 . 
  2. ↑ ميسرا، كولا سي. (2012). مقدمة في الجيوكيمياء : المبادئ والتطبيقات . جون وايلي وأولاده، المحدودة. ص 225-232 . ISBN   978-1-4051-2142-2.
  3. 1 2 براون، جان، 1961- بيك، بيتر فان دير، 1967- بات، جيفري (2012). التأريخ الحراري الكمي : الطرق العددية لتفسير بيانات التأريخ الحراري . مطبعة جامعة كامبريدج. ISBN  978-1-107-40715-2. OCLC 819316615 . {{cite book}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط ) صيانة CS1: أسماء رقمية: قائمة المؤلفين ( رابط )
  4. 1 2 3 ماكينيس، برنت آي إيه؛ إيفانز، نورين جيه؛ فو، فرانك كيو؛ غاروِن، ستيف (31-12-2005)، "18. تطبيق علم التأريخ الحراري على رواسب الخامات الحرارية المائية"، علم التأريخ الحراري منخفض الحرارة ، دي غرويتر، ص 467-498 ، doi : 10.1515/9781501509575-020 ، ISBN  978-1-5015-0957-5
  5. ^ فاغنر، ج. هوت، ب. فان دن (2012/12/06). التعارف عن طريق الانشطار . سبرينغر العلوم والإعلام التجاري. رقم ISBN 9789401124782.
  6. 1 2 3 غليدو، أندرو جيه دبليو؛ بيلتون، ديفيد إكس؛ كون، باري بي؛ براون، رودريك دبليو (1 يناير 2002). "تأريخ آثار الانشطار للمعادن الفوسفاتية والتأريخ الحراري للأباتيت". مراجعات في علم المعادن والكيمياء الجيولوجية . 48 (1): 579-630 . Bibcode : 2002RvMG...48..579G . doi : 10.2138/rmg.2002.48.16 . ISSN 1529-6466 . 
  7. ↑ ميشيلز، جوزيف و. (1972). "أساليب التأريخ". المراجعة السنوية لعلم الإنسان . 1 (1): 113-126 . doi : 10.1146/annurev.an.01.100172.000553 . ISSN 0084-6570 . 
  8. ↑ ماكينيس، بي آي إيه (2005-01-01). "تطبيق علم التأريخ الحراري على رواسب الخامات الحرارية المائية". مراجعات في علم المعادن والكيمياء الجيولوجية . 58 (1): 467-498 . رمز Bibcode : 2005RvMG...58..467M . doi : 10.2138/rmg.2005.58.18 . ISSN 1529-6466 . 
  9. 1 2 ماكدوغال، إيان. (1988). علم تحديد العمر الجيولوجي وعلم تحديد العمر الحراري باستخدام طريقة p40 sAr/ p39 sAr . مطبعة جامعة أكسفورد. OCLC 270672499 . 
  10. ↑ كويبر، ك. (2004). "أعمار 40Ar/39Ar للرماد البركاني المتداخل في التتابعات الرسوبية النيوجينية المتوافقة فلكيًا في شرق البحر الأبيض المتوسط*1". رسائل علوم الأرض والكواكب . 222 (2): 583-597 . doi : 10.1016/s0012-821x(04)00177-3 . ISSN 0012-821X . 
  11. ↑ فارلي، ك. أ. (10 فبراير 2000). "انتشار الهيليوم من الأباتيت: السلوك العام كما هو موضح في فلوراباتيت دورانجو" . مجلة البحوث الجيوفيزيائية: الأرض الصلبة . 105 (ب2): 2903-2914 . رمز Bibcode : 2000JGR...105.2903F . doi : 10.1029/1999jb900348 . ISSN 0148-0227 . 
  12. ↑ ستوكلي، دانيال ف. (31-12-2005)، "16. تطبيق التأريخ الحراري منخفض الحرارة على البيئات التكتونية التوسعية"، في راينرز، بيتر و؛ إيلرز، تود أ (محرران)، التأريخ الحراري منخفض الحرارة ، دي جرويتر، ص 411-448 ، doi : 10.1515/9781501509575-018 ، ISBN  978-1-5015-0957-5
  13. ↑ سبوتيلا، جيمس أ. (31-12-2005)، "17. تطبيقات قياس الزمن الحراري عند درجات الحرارة المنخفضة لتحديد كمية التعرية الحديثة في الأحزمة الجبلية"، في راينرز، بيتر و؛ إيلرز، تود أ (محرران)، قياس الزمن الحراري عند درجات الحرارة المنخفضة ، دي جرويتر، ص 449-466 ، doi : 10.1515/9781501509575-019 ، ISBN  978-1-5015-0957-5
  14. ↑ مين، كيونغوون (31-12-2005)، "21. التأريخ الحراري للنيازك عند درجات الحرارة المنخفضة"، في راينرز، بيتر دبليو؛ إيلرز، تود أ (محرران)، التأريخ الحراري عند درجات الحرارة المنخفضة ، دي غرويتر، ص 567-588 ، doi : 10.1515/9781501509575-023 ، ISBN  978-1-5015-0957-5