Datation de l'exposition de surface - Surface exposure dating

La datation de l'exposition de surface est un ensemble de techniques géochronologiques permettant d'estimer la durée pendant laquelle une roche a été exposée à la surface de la Terre ou près de celle-ci. La datation de l'exposition de surface est utilisée pour dater les avancées et retraits glaciaires , l'histoire de l'érosion, les coulées de lave, les impacts de météorites, les glissements de roches, les escarpements de faille , le développement des grottes et d'autres événements géologiques. Il est particulièrement utile pour les roches qui ont été exposées entre 10 ans et 30 000 000 ans.

Datation des radionucléides cosmogéniques

La plus courante de ces techniques de datation est la datation par radionucléides cosmogénique . La Terre est constamment bombardée de rayons cosmiques primaires , de particules chargées à haute énergie - principalement des protons et des particules alpha . Ces particules interagissent avec les atomes des gaz atmosphériques, produisant une cascade de particules secondaires qui peuvent à leur tour interagir et réduire leurs énergies dans de nombreuses réactions lorsqu'elles traversent l'atmosphère. Cette cascade comprend une petite fraction de hadrons, y compris les neutrons. Lorsqu'une de ces particules frappe un atome, elle peut déloger un ou plusieurs protons et / ou neutrons de cet atome, produisant un élément différent ou un isotope différent de l'élément d'origine. Dans la roche et d'autres matériaux de densité similaire, la majeure partie du flux de rayons cosmiques est absorbée dans le premier mètre de matériau exposé dans des réactions qui produisent de nouveaux isotopes appelés nucléides cosmogéniques . À la surface de la Terre, la plupart de ces nucléides sont produits par spallation neutronique . En utilisant certains radionucléides cosmogéniques , les scientifiques peuvent dater la durée pendant laquelle une surface particulière a été exposée, la durée pendant laquelle un certain morceau de matériau a été enfoui ou la vitesse à laquelle un endroit ou un bassin de drainage s'érode. Le principe de base est que ces radionucléides sont produits à une vitesse connue et se désintègrent également à une vitesse connue. Ainsi, en mesurant la concentration de ces nucléides cosmogéniques dans un échantillon de roche, et en tenant compte du flux des rayons cosmiques et de la demi-vie du nucléide, il est possible d'estimer combien de temps l'échantillon a été exposé aux rayons cosmiques. Le flux cumulatif de rayons cosmiques à un endroit particulier peut être affecté par plusieurs facteurs, notamment l'altitude, la latitude géomagnétique, la variation de l'intensité du champ magnétique terrestre , les vents solaires et le blindage atmosphérique en raison des variations de pression atmosphérique. Les taux de production de nucléides doivent être estimés afin de dater un échantillon de roche. Ces taux sont généralement estimés empiriquement en comparant la concentration de nucléides produits dans des échantillons dont les âges ont été datés par d'autres moyens, tels que la datation au radiocarbone , la thermoluminescence ou la luminescence optiquement stimulée .

L'excès par rapport à l'abondance naturelle des nucléides cosmogéniques dans un échantillon de roche est généralement mesuré au moyen de la spectrométrie de masse par accélérateur . De tels nucléides cosmogéniques sont produits par des chaînes de réactions de spallation . Le taux de production d'un nucléide particulier est fonction de la latitude géomagnétique, de la quantité de ciel visible depuis le point échantillonné, de l'élévation, de la profondeur de l'échantillon et de la densité du matériau dans lequel l'échantillon est incorporé. Les taux de désintégration sont donnés par les constantes de désintégration des nucléides. Ces équations peuvent être combinées pour donner la concentration totale de radionucléides cosmogéniques dans un échantillon en fonction de l'âge. Les deux nucléides cosmogéniques les plus fréquemment mesurés sont le béryllium-10 et l' aluminium-26 . Ces nucléides sont particulièrement utiles aux géologues car ils sont produits lorsque les rayons cosmiques frappent respectivement l' oxygène 16 et le silicium 28 . Les isotopes parents sont les plus abondants de ces éléments et sont communs dans le matériel crustal, alors que les noyaux filles radioactifs ne sont généralement pas produits par d'autres processus. Comme l' oxygène-16 est également courant dans l'atmosphère, la contribution à la concentration de béryllium-10 provenant du matériau déposé plutôt que créé in situ doit être prise en compte. Le 10 Be et le 26 Al sont produits lorsqu'une partie d'un cristal de quartz (SiO 2 ) est bombardée par un produit de spallation: l'oxygène du quartz est transformé en 10 Be et le silicium est transformé en 26 Al. Chacun de ces nucléides est produit à une vitesse différente. Les deux peuvent être utilisés individuellement pour dater la durée pendant laquelle le matériau a été exposé à la surface. Comme il y a deux radionucléides en décomposition, le rapport des concentrations de ces deux nucléides peut être utilisé sans aucune autre connaissance pour déterminer un âge auquel l'échantillon a été enfoui au-delà de la profondeur de production (généralement 2 à 10 mètres).

Les nucléides de chlore 36 sont également mesurés pour dater les roches de surface. Cet isotope peut être produit par spallation des rayons cosmiques du calcium ou du potassium .

Voir également

Remarques

Les références

  • Géomorphologie et isotopes cosmogéniques in situ. Cerling, TE et Craig, H.Revue annuelle des sciences de la Terre et des planètes, 22, 273-317, 1994.
  • Nucléides cosmogéniques terrestres in situ: théorie et application. Gosse, JC et Phillips, FM Quaternary Science Reviews, 20, 1475–1560, 2001. [1]
  • Un moyen complet et facilement accessible de calculer les âges d'exposition de surface ou les taux d'érosion à partir des mesures 10Be et 26Al. Balco, Greg; Stone, John Oj Lifton, Nathaniel A .; Dunaic, Tibor J .; Géochronologie quaternaire, volume 3, numéro 3, août 2008, pages 174-195. [2]
  • Étalonnage géologique des taux de production de spallation dans le projet CRONUS-Earth. Borchers, Brian; Marrero, Shasta; Balco, Greg; Caffee, Marc; Goehring, Brent; Lifton, Nathaniel; Nishiizumi, Kunihiko; Phillips, Fred; Schaefer, Joerg; Stone, John. Géochronologie quaternaire, volume 31, février 2016, pages 188–198.

Liens externes