Geólogos UMass para desarrollar nueva microsonda de electrones para determinar las edades de las rocas

Las nuevas técnicas de datación geológicos proporcionan una mayor resolución de la historia de la Tierra

Amherst, Mass. - Un equipo de geólogos de la Universidad de Massachusetts está explorando una nueva forma de determinar la edad de rocas antiguas, y refinar nuestra comprensión de los tiempos y las tasas de los eventos geológicos que han dado forma al planeta. El nuevo método ofrece una mayor eficiencia, y el acceso a un registro geológico mucho más detallados que los métodos de datación actuales, dicen los científicos. Los éxitos de las primeras fases de la investigación han dado lugar a la financiación para el desarrollo de un nuevo microsonda de electrones que mejorará significativamente el potencial de la técnica. El nuevo microsonda, para ser alojados en el departamento de ciencias geológicas de la Universidad, tendrá aplicaciones en la Tierra y la ciencia planetaria, así como en campos tan diversos como la microelectrónica, la ciencia forense, la fibra óptica, e incluso la microbiología, según los investigadores.

Leyendo el registro de los materiales de la Tierra proporciona, y en particular el registro de la tectónica de placas, es fundamental, explica la Universidad de Massachusetts geólogo Michael Williams, debido a que el fenómeno abarca la mayor parte de nuestra comprensión de cuestiones tales como el desarrollo de la corteza de la Tierra, la evolución del clima a lo largo de la de la Tierra historia, y cómo los seres y las diferentes especies de animales repartidos por el planeta humano. "Si somos capaces de leer el pasado, tenemos una mejor oportunidad de entender el futuro", dijo. Williams y su colega Michael Jercinovic son co-investigadores en el proyecto.

Actualmente, los científicos que utilizan métodos convencionales pueden determinar la edad de una muestra de roca dentro de varios millones de años, explica Williams. Pero, él sugiere, hay limitaciones cuando se utilizan los métodos tradicionales de obtención de relaciones isotópicas (datación radiométrica) para determinar las edades. En primer lugar, la mayoría de los métodos actuales son de trabajo intensivo, que requiere decenas de horas para examinar una sola muestra. En segundo lugar, las diferentes partes de una roca pueden tener diferentes edades porque las rocas suelen registrar una progresión de eventos que pueden implicar la fusión, deformación o recalentamiento dentro de la corteza de la Tierra. Por lo tanto, salir con toda una roca deja a los científicos con una media de edad, en lugar de la localización de las edades de los eventos específicos en la historia de una roca. Y en tercer lugar, los métodos de datación más comunes y precisas requieren las rocas para ser molido en un polvo fino. Hay algunas muestras de que los científicos son comprensiblemente reacios a destruir tales como rocas lunares, o rocas que contienen fósiles. La microsonda de electrones tiene la ventaja de ser capaz de analizar químicamente áreas muy pequeñas (1/1000 de un milímetro) en una roca sin tener que aplastar la roca y separar los minerales constituyentes y, además, no daña la muestra durante el análisis. Esto permite a los científicos relacionan la química mineral a otros aspectos de la roca (secuencias de crecimiento mineral, pliegues, fracturas, etc.) en el desarrollo de una visión completa de la evolución de una muestra de roca, dice.

Ser capaz de salir con partes específicas de las rocas, y señalar sus elementos constitutivos, ofrece una nueva perspectiva para los científicos, ya que consideran que el movimiento de las placas tectónicas de la Tierra, un tema crucial en ciencias de la Tierra. "Más vale que nos permitirá leer los registros de cómo los continentes





(en realidad las placas tectónicas) han crecido y se chocó con unos a otros ", explicó Williams. "Algunas rocas que alguna vez estuvieron en la superficie de la Tierra más tarde fueron enterrados, sus minerales fueron cambiados por el calor y la presión (llamado 'metamorfismo'), y luego fueron devueltos a la superficie de la Tierra. Podemos tener una mejor idea de qué tan profundo dentro de la Tierra viajó la roca, el calor que hacía, y lo más importante, el momento en que estaba en un lugar determinado, ya que tratamos de reconstruir su historia ".

Williams y Jercinovic recibieron recientemente una subvención de $ 450,000 de la Fundación Nacional de Ciencia (NSF) como parte de un proyecto de US $ 1,2 millones para desarrollar y construir un nuevo microsonda electrónica especializada para la datación geológica. Los fondos para el proyecto de colaboración también ha sido proporcionada por Cameca Inc., un desarrollador de instrumentación analítica, y la Universidad. Microsondas de electrones han sido caballos de batalla en los laboratorios científicos desde hace algún tiempo, Williams señaló, pero hasta hace poco no podían haber sido utilizados para la datación geológica precisa. El nuevo instrumento se ha optimizado para el análisis de trazas de elementos y que data geológica, y debería permitir una mejora significativa en la precisión de la técnica. Las incertidumbres en las edades de roca producidos utilizando la técnica actual son del orden de 5-10 millones de años, pero los investigadores de la Universidad de Massachusetts esperan socavar ese número 1-2 millones de años usando el nuevo microsonda. El desarrollo del nuevo microsonda ya ha comenzado en el laboratorio de Cameca en Francia. Se espera que llegue en el campus de la Universidad de Massachusetts en el año.

Las nuevas técnicas, apodados "mapeo de edad de alta resolución y microsonda de citas," implican el análisis de monacita, un mineral que está presente en muchas rocas pero por lo general en cantidades tan pequeñas que rara vez se observa en los estudios geológicos. Es ampliamente utilizado en la datación radiométrica porque contiene cantidades significativas de los elementos torio y el uranio, que se desintegran al cable de elemento a una velocidad conocida. "Monacita esencialmente nos proporciona un" cronómetro "para cronometrar eventos geológicos en diferentes zonas de rocas", dijo Williams. Uno de los principales avances de este proyecto es el reconocimiento de que incluso los cristales individuales de monacita, tan pequeño como varias centésimas de milímetro, pueden crecer en incrementos con el tiempo, añadiendo nuevo material cuando se producen eventos de formación de minerales en la corteza terrestre. El uso de la microsonda de electrones, la edad de cada capa puede ser determinado e interpretado en términos de la historia de la muestra.

"En cuanto a la totalidad de la vida útil de una muestra, en lugar de etiquetar con una media de edad, es fundamental", dijo Williams. "Es la diferencia entre tener una sola instantánea, o una larga cinta de video y detallado de una serie de eventos. No queremos saber exactamente dónde y cuándo se formó una roca, sino también cuando y donde fue enterrado, deforma, se calienta, se derritió, y, finalmente, exhumado a la superficie de la Tierra. Queremos determinar la historia de vida de cada roca y luego combinar estas historias para comprender la historia geológica de una región de la Tierra ".

Williams y Jercinovic ya han utilizado la técnica básica con la microsonda electrónica existente en la Universidad de Massachusetts para investigar temas como el crecimiento del continente de América del Norte, su interacción con otros continentes para hacer supercontinentes, la erupción de volcanes, y la historia de los Montes Apalaches.