热年代学(英语:Thermochronology)是一门研究地质体热演化历史的学科,通过应用热扩散理论,结合放射性定年法及矿物封闭温度,来测定岩石样本的年代及其相对温度。这一学科不仅能够揭示地质作用过程的温度一时间轨迹,还能推算岩石的构造演变历史。
基本介绍
热年代学(thermochronometry):应用热扩散理论,将年龄结果解释与地质体的热演化历史联系起来的理论和研究方法称为热年代学。地质热年代学利用矿物封闭温度来解释同位素地质年龄数据,定量地给出地质作用过程温度一时间轨迹。可采用多种同位素测年方法,常用的有U-Pb法、40Ar-39Ar法、(U-Th)/He法、裂变径迹法等。
研究通常需要从特定区域的不同地点采集多样岩石样本,如陡峭峡谷、悬崖面或斜坡的断面,以鉴定矿物中放射性子体达到封闭温度的深度和时间。裂变径迹年代测定是热年代学中最常见的放射性定年法,常用矿物包括锆石、磷灰石、钛铁矿、天然玻璃等富含铀的矿物。其他定年法还包括在磷灰石中的钾-氩和氩-氩定年法,以及在锆石和磷灰石的(铀-钍)/氦定年法。
放射性定年法是确定岩石年龄的最通用方法,通过测定样品中子同位素与母同位素的比率,结合衰变常数,可以确定样品的年龄。热年代学中的同位素比率不仅与时间有关,也受热历史的影响。在高温下,岩石处于开放系统,子同位素可能从矿物中扩散而遗失。只有在低温下,子同位素才能在矿物中保存,形成封闭系统。封闭温度是系统之间转换的温度界限,每种矿物的封闭温度不同,且受晶粒尺寸、形状、冷却速率和化学成分的影响。
热年代学的应用广泛,可以提供地区地质构造、造山带的隆升、热液矿床甚至陨石的研究资料,有助于了解地球的历史及其热演化。例如,(铀-钍)/氦热年代学是研究新生代山体隆升时间和速率或剥露速率的常用方法。岩石在深埋状态下因高地温而使矿物中的氦扩散丢失,随着构造活动的擡升,温度降低,直至达到氦的封闭温度,氦才得以保存,此时矿物的(铀-钍)/氦年龄开始计时。通过分析一个地区的一系列样品,可以记录它们离开封闭温度的时间,从而间接地记录了它们的运动速率。