(U-Th)/He 연령측정법의 원리와 응용 ((U-Th)/He Dating: Principles and Applications)

서지정보

· 발행기관 : 한국암석학회
· 수록지 정보 : 암석학회지 / 23권 / 3호 / 239 ~ 247페이지
· 저자명 : 민경원

초록

(U-Th)/He 연령측정법은 자연상에 존재하는 238U, 235U 및 232Th이 붕괴할 때 알파 입자(4He 원자)가 형성되는 현상을 이용한 연령측정법이다. 모 동위원소인 238U, 235U 및 232Th과 붕괴산물인 4He의 양을 측정하여 (U-Th)/He 연령을 구할 수 있다. 이렇게 형성된 4He 원자는 대부분의 지질학적 시료내에서 비교적 저온에서도 빠르게 확산되는데, 이는 4He가 불활성 기체이고 다른 원소에 비해 작기 때문이다. 따라서 방사성 붕괴에 의한 4He의 형성(ingrowth)과 확산에 의한 4He의 방출(diffusive loss)이 지질학적 시간동안 어떻게 진행되었느냐에 따라 현재 남아있는 4He의 양이 결정된다. 예를 들어, 인회석내에서의 He 확산은 다른 광물에 비해 빨라서, 비교적 저온인 80oC에서도 He이 빠르게 인회석 밖으로 방출되는 것으로 알려져 있다. 자연상의 온도조건이 약 40oC 이하로 떨어졌을 때 비로소 인회석내 He 확산이 충분히 느려져서 대부분의 He이 인회석내에 보존된다. 따라서 (U-Th)/He 연령은 시료가 80-40oC를 통과한 시기를 지시한다. 자연상에서 이러한 온도범위에 해당하는 깊이를 “부분 보존대”(partial retention zone)의라 한다. 전통적으로 흔히 쓰이는 폐쇄온도 (closure temperature)는 보통의 입자크기와 냉각속도에서, 인회석 경우 약 60-70oC, 저어콘 및 티탄석의 경우약 200oC로 알려져 있다. 특히 인회석의 He 폐쇄온도는 다른 열역사 측정법에 비해 다소 낮기 때문에 비교적 최근의 열역사 또는 천부에서의 지각융기 현상을 기술하는데 매우 유용하게 쓰일 수 있다.

영어초록

The (U-Th)/He dating utilizes the production of alpha particles (4He atoms) during natural radioactive decays of 238U, 235U and 232Th. (U-Th)/He age can be determined from the abundances of the parent nuclides 238U, 235U and 232Th and the radiogenic 4He. Because helium is one of the noble gases (non-reactive) with a relatively small radius, it diffuses rapidly in many geological materials, even at low temperatures. Therefore, ingrowth of 4He during radioactive decay competes with diffusive loss at elevated temperatures during the geologic time scale, determining the amount of 4He existing today in natural samples. For example, He diffusion in apatite is known to be very rapid compared to that in most other minerals, causing a significant diffusive loss at ~80oC or higher. At ~40oC, He diffusion in apatite becomes slow enough to preserve most 4He in the sample. Thus, an apatite’s (U-Th)/He age represents the timing when the sample passed through the temperature range of 80-40oC. The crustal depth corresponding to this temperature range is called a “partial retention zone.” Normal closure temperatures for a typical grain size and cooling rate are ~60-70oC for apatite and ~200oC for zircon and titanite. Because the apatite He closure temperature is lower than that of most other thermochronometers, it can provide critical constraints on relatively recent or shallow-crustal exhumation histories.

참고자료

· 없음