La datación por huellas de fisión es una técnica de datación radiométrica basada en análisis de los rastros de daño, o huellas, dejadas por fragmentos de fisión en ciertos minerales y vidrios que contienen uranio . [2] La datación por huellas de fisión es un método relativamente simple de datación radiométrica que ha tenido un impacto significativo en la comprensión de la historia térmica de la corteza continental , la cronología de los eventos volcánicos y la fuente y edad de diferentes artefactos arqueológicos . El método implica el uso del número de eventos de fisión producidos a partir de la desintegración espontánea del uranio-238 en minerales accesorios comunes para fechar el momento del enfriamiento de la roca por debajo de la temperatura de cierre . Las huellas de fisión son sensibles al calor y, por lo tanto, la técnica es útil para desentrañar la evolución térmica de rocas y minerales. La mayoría de las investigaciones actuales que utilizan huellas de fisión tienen como objetivo: a) comprender la evolución de los cinturones montañosos; b) determinar la fuente o procedencia de los sedimentos; c) estudiar la evolución térmica de las cuencas ; d) determinar la edad de estratos mal datados ; y e) determinación de la datación y procedencia de los artefactos arqueológicos.
En la década de 1930 se descubrió que el uranio (en concreto, el U-235) sufría fisión al ser alcanzado por neutrones, lo que provocaba huellas de daños en los sólidos que podían revelarse mediante grabado químico. [3]
A diferencia de otros métodos de datación isotópica, la " hija " en la datación por huellas de fisión es un efecto en el cristal en lugar de un isótopo hijo. El uranio-238 sufre una desintegración espontánea por fisión a una velocidad conocida, y es el único isótopo con una velocidad de desintegración que es relevante para la producción significativa de huellas de fisión naturales; otros isótopos tienen velocidades de desintegración por fisión demasiado lentas para tener consecuencias. Los fragmentos emitidos por este proceso de fisión dejan rastros de daño (huellas fósiles o huellas de iones ) en la estructura cristalina del mineral que contiene el uranio. El proceso de producción de huellas es esencialmente el mismo por el cual los iones pesados rápidos producen huellas de iones. El grabado químico de las superficies internas pulidas de estos minerales revela las huellas de fisión espontánea, y se puede determinar la densidad de las huellas. Debido a que las huellas grabadas son relativamente grandes (en el rango de 1 a 15 micrómetros), el recuento se puede realizar mediante microscopía óptica , aunque se utilizan otras técnicas de obtención de imágenes. La densidad de huellas fósiles se correlaciona con la edad de enfriamiento de la muestra y con el contenido de uranio, que debe determinarse de forma independiente.
Para determinar el contenido de uranio, se han utilizado varios métodos. Un método es la irradiación de neutrones , donde la muestra se irradia con neutrones térmicos en un reactor nuclear, con un detector externo, como mica , fijado a la superficie del grano. La irradiación de neutrones induce la fisión del uranio-235 en la muestra, y las pistas inducidas resultantes se utilizan para determinar el contenido de uranio de la muestra porque la relación 235 U: 238 U es bien conocida y se supone que es constante en la naturaleza. Sin embargo, no siempre es constante. [4] Para determinar el número de eventos de fisión inducida que ocurrieron durante la irradiación de neutrones, se conecta un detector externo a la muestra y tanto la muestra como el detector son irradiados simultáneamente por neutrones térmicos . El detector externo suele ser una escama de mica con bajo contenido de uranio, pero también se han utilizado plásticos como CR-39. La fisión inducida resultante del uranio-235 en la muestra crea pistas inducidas en el detector externo suprayacente, que luego se revelan mediante grabado químico. La relación entre pistas espontáneas e inducidas es proporcional a la edad.
Otro método para determinar la concentración de uranio es a través de LA-ICPMS, una técnica en la que el cristal se golpea con un rayo láser y se extirpa, y luego el material pasa a través de un espectrómetro de masas .
A diferencia de muchas otras técnicas de datación, la datación por huellas de fisión es especialmente adecuada para determinar eventos térmicos de baja temperatura utilizando minerales accesorios comunes en un rango geológico muy amplio (típicamente de 0,1 Ma a 2000 Ma). La apatita , la esfena , el circón , las micas y el vidrio volcánico suelen contener suficiente uranio para ser útiles en la datación de muestras de edad relativamente joven ( Mesozoico y Cenozoico ) y son los materiales más útiles para esta técnica. Además, las epidotas y los granates con bajo contenido de uranio pueden usarse para muestras muy antiguas ( Paleozoico a Precámbrico ). La técnica de datación por huellas de fisión se usa ampliamente para comprender la evolución térmica de la corteza superior, especialmente en los cinturones montañosos. Las huellas de fisión se conservan en un cristal cuando la temperatura ambiente de la roca cae por debajo de la temperatura de recocido. Esta temperatura de recocido varía de un mineral a otro y es la base para determinar las historias de baja temperatura frente a las del tiempo. Si bien los detalles de las temperaturas de cierre son complicados, son aproximadamente de 70 a 110 °C para la apatita típica, c. 230 a 250 °C para el circón y c. 300 °C para la titanita.
Debido a que el calentamiento de una muestra por encima de la temperatura de recocido hace que el daño por fisión se cure o recozca, la técnica es útil para fechar el evento de enfriamiento más reciente en la historia de la muestra. Este reinicio del reloj se puede utilizar para investigar la historia térmica de los sedimentos de la cuenca , la exhumación a escala kilométrica causada por el tectonismo y la erosión , los eventos metamórficos de baja temperatura y la formación de vetas geotérmicas . El método de la trayectoria de fisión también se ha utilizado para fechar sitios y artefactos arqueológicos . Se utilizó para confirmar las fechas de potasio-argón para los depósitos en Olduvai Gorge .
Una serie de minerales datables se presentan como granos detríticos comunes en las areniscas y, si los estratos no han sido enterrados demasiado profundamente, estos granos minerales retienen información sobre la roca fuente. El análisis de trazas de fisión de estos minerales proporciona información sobre la evolución térmica de las rocas fuente y, por lo tanto, se puede utilizar para comprender la procedencia y la evolución de los cinturones montañosos que arrojaron el sedimento. [5] Esta técnica de análisis detrítico se aplica más comúnmente al circón porque es muy común y robusto en el sistema sedimentario y, además, tiene una temperatura de recocido relativamente alta, de modo que en muchas cuencas sedimentarias los cristales no se restablecen por calentamiento posterior.
La datación por huellas de fisión del circón detrítico es una herramienta analítica ampliamente utilizada para comprender la evolución tectónica de los terrenos de origen que han dejado un registro erosivo largo y continuo en los estratos de cuencas adyacentes. Los primeros estudios se centraron en el uso de las edades de enfriamiento en el circón detrítico a partir de secuencias estratigráficas para documentar el momento y la tasa de erosión de las rocas en los cinturones orogénicos adyacentes (cadenas montañosas). Varios estudios recientes han combinado la datación por U/Pb y/o helio (U+Th/He) en cristales individuales para documentar la historia específica de los cristales individuales. Este enfoque de datación doble es una herramienta de procedencia extremadamente poderosa porque se puede obtener una historia cristalina casi completa y, por lo tanto, los investigadores pueden identificar áreas de origen específicas con historias geológicas distintas con relativa certeza. [6] Las edades de las huellas de fisión en el circón detrítico pueden ser tan jóvenes como 1 Ma hasta tan antiguas como 2000 Ma. [7]