عملية تقدير عمر العينات الجيولوجية بواسطة المسار الانشطاري

1998 الموسوعة الجيولوجية الجزء الثاني

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

عملية تقدير عمر العينات الجيولوجية المسار الانشطاري العينات الجيولوجية علوم الأرض والجيولوجيا

هي طريقة لقياس عمر العينات الجيولوجية والاركيولوجية، وذلك عن طريق عد مسارات التحطيم الإشعاعي والتي تنتج من الانشطار التلقائي لشوائب اليورانيوم في المعادن والزجاج.

وفي عملية الانشطار تنقسم نواة اليورانيوم إلى شطرين ينطلقان متباعدين بطاقة عالية لمسافة حوالي 25 ميكرون (حوال 0.0025 من السنتيمتر) مخلفين ذيلاً تحت ميكروسكوبي من المادة المتغيرة التي نُطرت ذراتها من أوضاعها الطبيعية.

هذا الذيل أو المسلك يمكن إماطة اللثام عنه باستخدام طرق كيميائية تذيب المادة المتغيرة مما يتيح رؤيته حينئذ بالميكرسكوب العادي.

 

والفجوات أو الأنابيب الناتجة بهذه الطريقة يمكن تكبيرها بمواصلة المعاملة الكيميائية إلى حد أنه يمكن رؤيتها بالعين المجردة.

والمسار أنبوب صغير يكاد يشبه ثقب الرصاصة (انظر شكل 1) وإذا عددنا هذه الأنابيب، فإن عدد مرات الانحلال الأنشطارية التي حصلت يمكن أن يحدد.

ثم إن عدد ذرَّات اليورانيوم المتبقية (اليورانيوم مصدر الجسيمات) يمكن أن تحدد عن طريق التحليل الآلي وعليه فإنه يمكن حساب عمر ذلك المعدن.

 

النظرية:

إن تعيين العمر بهذه الطريقة ممكن، لأن معظم المواد الطبيعية تحتوي على بعض اليورانيوم ولو بكميات شحيحة.

ولأن أكثر نظائر اليورانيوم وفرة هو نظير اليورانيوم 238 (U­²³⁸) الذي ينشطر تلقائياً. وخلال الفترة الزمنية منذ تكوين الصخر للآن، يحدث عدد كبير من الانشطارات وتبقى بصمات مساراتها وهذا يترك سجلاً للزمن الذي مضـى منذ حفظ هذه المسارات.

 

إن عدد المسارات الناتج في حجم معين من المادة يعتمد على محتواها من اليورانيوم وكذلك العمر. ولهذا فإنه من الضروري تعيين محتوى اليورانيوم حتى يمكن تحديد العمر.

وهذا يتم بتعريض العينة لجرعة معروفة من النيترونات الحرارية (البطيئة) وهذه تستحث انشطارات جديدة يعطي عددها نسبة تواجد اليورانيوم.

ويمكن حساب العمر A للعينة من المعادلة التالية

حيث Ps هي عدد المسارات الانشطارية التلقائية، Pi هي العدد المستحث لوحدة المساحة 0، F الجزء من اليورانيوم الذي يتم انشطاره بالتشجيع بالنيوترونات،  هما معدل التحلل الكلي ومعدل تحلل الانشطار التلقائي (التحلل/ الذرة في الوحدة الزمنية) لليورانيوم 238.

 

والعديد من عينات المعادن والزجاج، مناسبة لتعيين العمر بطريقة المسار الانشطاري. ويلزم أن تحوي العينة مسارات عبر زمن جيولوجي وكذلك كمية من اليورانيوم كافية لكي تكون كثافة المسار عالية بدرجة ملائمة لعدّها في وقت معقول.

وهكذا فإن معادن الكوارتز والأوليفين مثلاً يمكنها حفظ المسارات ولكن نسبة اليورانيوم فيهما ضئيلة للغاية، بما لا يجعلهما مناسبين للاستخدام.

 

بينما الكالسيت ربما يحتوي على نسبة كافية من اليورانيوم ولكن يبدو أنه لا يحتفظ بالمسارات بدرجة كافية.

والمعادن التي أمكن استخدامها بنجاح لتعيين العمر بطريقة المسار الانشطاري تضم: زيركون – أباتيت – الآنيت – أبيدوت – سفين – هورنبلندا – ألبيت – دايوبسيد – أنستاتيت – مسكوفيت – فلوجوبيت – ومجموعة من الزجاج الطبيعي.

 

تطبيقات:

من الخصائص الفريدة لتقنيات طريقة تعيين العمر هذه، أن المدى الزمني الذي يمكن تحديده كبير جداً ويتراوح بين أقل من 100 سنة – مثلاً – في أنواع الزجاج المصنع للزينة والزخرفة – وحتى حوالي 4500 مليون سنة – أي عمر النظام الشمسـي.

وهذه المرونة الضخمة في الفسحة الزمنية تتيح استخدام طريقة مسارات الانشطار لتعيين العمر – لتغطي الفجوة التي كانت موجودة سابقاً بين الحد الأقصـى لطريقة الكربون المشع C¹⁴ وهو 50.000 سنة تقريباً والحد الأدنى لطريقة البوتاسيوم/ آرجون وهو حوالي مليون سنة.

والخاصية المفيدة الثانية هي أن القياسات يمكن أحياناً إجراؤها على عينات دقيقة وصغيرة للغاية؛ مثل كسرات من المعادن النيزكية أو قطع زجاجية من قاع المحيط.

 

والخاصية المفيدة الثالثة هي أن كل معدن يُعَيِّن عمر التبريد الأخير إلى درجة الحرارة التي يمكن تحتها حفظ الانشطارات حفظاً دائماً.

وحيث أن درجة الحرارة هذه تختلف من معدن لآخر فإنه يمكن قياس معدل التبريد للصخر بتعيين عمر العديد من المعادن، التي لكل منها درجة حرارة مختلفة لحفظ المسار الانشطاري.

وبالمثل فإنه يمكن تعيين عمر إعادة التسخين لصخر قديم (نتيجة لتداخل جسم ناري أو لتحول إقليمي مثلاً) وذلك بإيجاد عمر منخفض للمعادن التي لها قدرة ضعيفة لحفظ المسارات وعمر أكبر للمعادن التي لها قدرة حفظ كبيرة.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]