La datación por huellas de fisión es una técnica de datación radiométrica basada en análisis de las huellas o huellas de daño 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 , el momento de los eventos volcánicos y el origen y la edad de diferentes artefactos arqueológicos . El método implica utilizar el número de eventos de fisión producidos por la desintegración espontánea del uranio-238 en minerales accesorios comunes para fechar el momento en que la roca se enfrió por debajo de la temperatura de cierre . Las huellas de fisión son sensibles al calor y, por 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 fechados ; y e) determinación de datación y procedencia de artefactos arqueológicos.
En la década de 1930 se descubrió que el uranio (específicamente el U-235) sufriría fisión al ser golpeado por neutrones. Esto provocó huellas de daños en los sólidos que podrían revelarse mediante grabado químico. [3]
A diferencia de otros métodos de datación isotópica, la " hija " en la datación por vía de fisión es un efecto en el cristal en lugar de un isótopo hijo. El uranio-238 sufre una desintegración espontánea por fisión a un ritmo conocido, 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 de 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 pistas es esencialmente el mismo mediante el cual los iones pesados y veloces producen pistas de iones. El grabado químico de las superficies internas pulidas de estos minerales revela 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 las 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 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 se irradian simultáneamente con neutrones térmicos . El detector externo suele ser una escama de mica con bajo contenido de uranio, pero también se han utilizado plásticos como el CR-39. La fisión inducida resultante del uranio-235 en la muestra crea huellas inducidas en el detector externo suprayacente, que luego se revelan mediante grabado químico. La proporción de huellas espontáneas e inducidas es proporcional a la edad.
Otro método para determinar la concentración de uranio es mediante LA-ICPMS, una técnica en la que el cristal se golpea con un rayo láser y se elimina, y luego el material se pasa a través de un espectrómetro de masas .
A diferencia de muchas otras técnicas de datación, la datación por seguimiento de fisión es especialmente adecuada para determinar eventos térmicos de baja temperatura utilizando minerales accesorios comunes en un rango geológico muy amplio (normalmente 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 ( mesozoica y cenozoica ) y son los materiales más útiles para esta técnica. Además, se pueden utilizar epidotas y granates con bajo contenido de uranio para muestras muy antiguas ( del Paleozoico al Precámbrico ). La técnica de datación por huellas de fisión se utiliza ampliamente para comprender la evolución térmica de la corteza superior, especialmente en las zonas montañosas. 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 los historiales de baja temperatura versus 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 circón, y c. 300 °C para titanita.
Debido a que el calentamiento de una muestra por encima de la temperatura de recocido hace que el daño por fisión sane o se recueza, 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 del rastro de fisión también se ha utilizado para fechar sitios y artefactos arqueológicos . Se utilizó para confirmar las fechas de potasio-argón de los depósitos en Olduvai Gorge .
Varios minerales datables se encuentran como granos detríticos comunes en areniscas, y si los estratos no han sido enterrados demasiado profundamente, estos granos minerales retienen información sobre la roca madre. El análisis de las huellas de fisión de estos minerales proporciona información sobre la evolución térmica de las rocas generadoras y, por lo tanto, puede usarse para comprender la procedencia y la evolución de los cinturones montañosos que arrojan 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, por lo 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 aplicada que se utiliza para comprender la evolución tectónica de los terrenos fuente que han dejado un registro de erosión largo y continuo en los estratos de cuencas adyacentes. Los primeros estudios se centraron en utilizar 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 cinturones orogénicos adyacentes (cadenas montañosas). Varios estudios recientes han combinado la datación con 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 de los cristales casi completa y, por lo tanto, los investigadores pueden identificar áreas fuente específicas con historias geológicas distintas con relativa certeza. [6] Las edades de las huellas de fisión en el circón detrítico pueden ser desde 1 Ma hasta 2000 Ma. [7]