Thermische Ausheilung von Uran-Spaltspuren in Apatiten, Alterskorrekturen und Beiträge zur Geothermochronologie

Zusammenfassung

Untersuchungen der thermischen Ausheilung von Uranspaltspuren in Apatitproben aus Durango (Mexiko) bei verschiedenen Temperaturen (381, 331, 285, 230 und 208°C) und für Ausheizzeiten bis zu 12 Monaten erbrachten folgende Ergebnisse:

• 1. Unabhängig von der Temperatur und Ausheizdauer besteht zwischen der Verkürzung der Spurenlängel und der Abnahme der Spurendichtep ein linearer Zusammenhang.

• 2. Bei einer festen Temperatur läßt sich der zeitliche Verlauf der Spurenausheilung darstellen durch die Beziehung.

  $$p(t) = p(o) \cdot \exp [ - \alpha (T) \cdot t].$$

• 3. Mit den Meßwerten des Ausheilkoeffizienten α(T) sind im Arrhenius-Diagramm (In α vs. 1/T) zwei Geraden mit verschiedener Steigung festgelegt. Es wird der Nachweis erbracht, daß für die quantitative Beschreibung der Spurenausheilung im geologisch auswertbaren Temperaturbereich von 0–240°C nur ein einziger Wert der Aktivierungsenergie maßgebend ist.

Diese Ergebnisse werden zu Korrekturen an thermisch erniedrigten Spurenalternt _r von Apatiten aus Durango, Pfossental und Zillertal (Österreich) benützt.

Weiters wird eine neue Methode zur Berechnung der TemperaturT _w im Zeitpunkt des korrigierten Spaltspurenalterst _w von Apatiten beschrieben, woraus sich im Verein mit bekannten Temperaturaltern anderer Minerale eines Gebietes neue Informationen über dessen Abkühlungsgeschichte ergeben.

Der Verlauf der Spurendichte in Abhängigkeit von Temperatur und Zeit wird zuletzt als Lösung einer einfachen Differentialgleichung für verschiedene geologische Bedingungen eigens berechnet.

Summary

Fission track fading in apatite-samples from Durango (Mexico) was studied at different annealing temperatures (381, 331, 285, 230, and 208°C) and for annealing times up to 12 months. The following results were obtained:

• 1. A linear dependence exists between the reduction of track lengthsl and the reduction of track densitiesp independent of annealing conditions (temperature, time).

• 2. At a given temperatureT track fading proceeds with annealing time according top(t)=p(o)·e^−α (T)·t.

• 3. Plotting the logarithm of the annealing coefficient α(T) versus 1/T (“Arrhenius-plot”) two different slopes were observed. However, only the lower slope is needed for geological applications in the temperature range 0–240°C, and hence only a single value of the activation energy is sufficient for quantitative description of the healing process.

These results are used to correct thermally lowered fission track agest _r of apatites from Durango, Pfossental (Austria) and Zillertal (Austria). Furthermore, a new method is given to calculate the temperatureT _w of the mineral at the time of the corrected fission track aget _w. UsingT _w together with other temperature-age-determinations of a region, it is possible to obtain new information about the rate of cooling down. It was also possible to describe the variation of the fission track density with time and temperature, respectively, by a simple differential equation, which has been solved numerically for various geological conditions.