Det finnes mange forskjellige dateringsmetoder. Noen gir relativ tid, mens andre gir absolutt tid. De vanligste metoder innen absolutt tid er basert på radioaktiv nedbrytning av kjemiske elementer.
Mor og datter
Mornuklider brytes ned og danner datternuklider. Forholdet mellom disse to gir oss tiden som har gått etter en viss geologisk hendelse, for eksempel et vulkansk utbrudd, dannelsen av en malm eller oppsprekking av et kontinent.
Disse metodene blir ofte referert til som geokronologiske metoder. Termokronologiske metoder er relatert til dette og gir informasjon om temperaturhistorien. Temperaturen øker i dypet og kunnskap om temperaturhistorien til en bergart kan gi informasjon om hvor mye erosjon som har foregått, begravningsdypet, og kan også si noe om potensialet for olje og gass i en geologisk formasjon.
Avhengig av hva slags prosess eller hendelse en vil studere, benytter vi forskjellige dateringsteknikker. Under vil vi nå beskrive dateringsteknikker som er i bruk ved NGU og hvor forskere ved NGU har ekspertise.
40Ar/39Ar metoden
Isotopisk sammensetning av Ar-gass fra en geologisk prøve ved stegvis oppvarming i en ovn eller oppvarming av laser. Gassen måles med et massespektrometer. Fotografiet viser laboratoriet ved NGU.40Ar/39Ar geokronologi gjør det mulig å måle tid for de aller fleste bergartsdannende mineraler, samt helbergart, som inneholder det kjemiske elementet K (kalium). Metoden er basert på naturlig nedbrytning av 40K til 40Ar. Halveringstiden av denne prosessen muliggjør nøyaktige målinger av Ar-isotopinnholdet i mineraler og bergarter fra noen tusen år helt tilbake til dannelsen av månen (4.6 milliarder år).
40Ar/39Ar-geokronologilaboratoriet ved NGU analyserer mineraler, enkeltkorn, og helbergartsprøver inkludert lys glimmer, biotitt, phlogopitt, amfibol, kaliumfeltspat, plagioklas, glaukonitt, glass og vulkansk helbergarter. Anvendelsen inkluderer provenansstudier relatert til sedimentære bassenger, tidfesting av forkastningsbevegelser, vulkanske hendelser, skorpeavkjøling etter høygrad metamorfose eller intrusjoner, samt at den kan datere prosesser som har ført til blottlegging av bergarter som tidligere lå dypt nede i jordskorpen.
U-Pb datering
Enkeltkorn av zirkon kan inneha informasjon om forskjellige geologiske hendelser og analytiske metoder med mikrometerskala oppløsning er nødvendig til å avsløre slike komplekse historier.U-Pb-metoden (uran-bly) er favorittmetoden når en geolog skal datere høytemperaturhendelser som krystallasjon av magmatiske bergarter og høytemperatur metamorfose. U-Pb geokronologi er basert på to forskjellige nedbrytningsrekker, nedbrytning av 238U til 206Pb med halveringstid 4.47*107 og nedbrytning av 235U til 207U med halveringstid 0.704*109. U-Pb systemet tillater datering av U-rike (initielle Pb-fattige) mineraler som zirkon (ZrSiO4), babbelevitt (ZrO2), monazitt (CePO4) og titanitt (CaTiSiO5).
Analyser av disse mineralene for U- og Pb-isotopene gir et estimatet på tiden som har gått siden krystallene startet å være et lukket system. Zirkon, monazitt og babbeleyitt er robuste, slik at U-Pb-analyser gir en krystallasjonsalder på disse mineralene. Titanitt er mindre robust og oppfører seg som et lukket system bare under 650-600 °C. Som en konsekvens kan analyser fra titanittmineraler gi alderen da mineralet var i temperaturvinduet 650-600 °C, altså en avkjølningsalder.
Nyttig med zirkon
Zirkon er mineralet som er mest benyttet for U-Pb-geokronologi fordi det forekommer ofte og som et tungt aksessorisk mineral i silikarike skorpebergarter. Det gir krystallasjonsalderen til et vidt spekter av plutonske og vulkanske bergarter som granitt og rhyolitt. Zirkon er også et høy-temperatur metamorft mineral og kan derfor gi alderen på en metamorf hendelse i ulike typer gneiser. I metamorfe bergarter har zirkon vanligvis en kjernekant/kappe struktur, hvor kjernen ble krystallisert for eksempel under en magmatisk intrusjon før en deformasjonsshendelse, mens kappen ble dannet under en metamorf hendelse. Et enkelt zirkonmineral kan derfor inneholde forskjellig aldre relatert til forskjellige geologiske hendelser, og analytiske metoder med oppløsning på mikrometerskala er nødvendig til å avsløre slike komplekse historier.
Baddeleyitt er et sjeldent mineral, men benyttet til å datere silikafattige mafiske magmatiske bergarter som gabbro. Monasitt og titanitt er brukbare til å datere metamorfe hendelser og prosesser som fører til regional oppløft og blottlegging av bergarter i dypet.
Zirkon er også et detritalt mineral som finnes i klastiske sedimenter. Et raskt voksende anvendelsesområde av U-Pb-geokronologi er provenansvurderinger av sedimenter. Aldersdistribusjonen av enkeltkorn i sedimentet kan da bli sammenlignet med aldersdistribusjonen av bergarter i mulige dreneringsområder i et sedimentært basseng.
Re-Os datering
Skinnende, sølvfarget molybdenitt fra Vatterfjorden (Lofoten), Norge. En meget robust og relativt nytt kronometer kommer fra to sjeldne elementer Rhenium (Re) og Osmium (Os). Den ene isotopen av Re (187Re) nedbrytes til en Os (187Os) isotop. Raten av denne forvandlingen er definert av halveringstiden, altså tiden det tar for moderisotopen 187Re å transformeres til datterisotopen 187Os.
Den lange halveringstiden for Re-Os-kronometre, cirka ti ganger jordens alder, betyr at metoden er anvendbar på hendelser i jordens tidlige historie og for å datere meteoritter.
Geokronologer gjør datainnsamling fra en fersk skifer i Biri-formasjonen i Sør-Norge for Re-Os-datering.I tillegg kan mineraler og bergarter med veldig høy konsentrasjon av Re, som sulfidmineraler som molybdenitt og organiske svarte skifere, gi en sikker alder på mye yngre hendelser i jordens historie. Altså, Re-Os kronometret er anvendbart på store deler av den geologiske tidstabellen.
Unike elementer
Elementene Re og Os er unike relativt til elementer som danner grunnlaget for andre geologiske klokker, da de er konsentrerte i mineraler som danner grunnlag for malmer som kobber, nikkel, gull og molybden. Det betyr at akkumulering av metaller i jordas skorpe kan bli datert direkte og satt i sammenheng med geologiske terreng og i et større tektonisk perspektiv.
Prøve og spike er forseglet sammen i en glasstube med en syreløsning.Hvordan måler vi disse to beskjedne elementene, Re og Os, som forekommer som en del pr. million til en trillion? Re og Os blir separert fra en bergart eller mineral under trykk og forhøyet temperatur i en sur løsning som inneholder en "spike". En "spike" inneholder en veldig nøyaktig innmålt mengde av isotoper av Re og Os. Forholdet mellom Re og Os i en løsning tilhører da mineralet. Etter kjemisk rensing for å isolere Re og Os fra løsningen, blir et massespektrometer benyttet til å telle ladete molekyler (ioner) som inneholder Re og Os. Strømmen av ioner blir separert av et magnetfelt i vakuum slik at de forskjellige isotopene av Re og Os kan telles individuelt.
Termokronologi, Fisjonsspor datering
Aldre fra isotopiske dateringsmetoder er basert på forholdet mellom mor- og datterisotopene. I fisjonsspormetoden er datterproduktet ikke en isotop, men et spor fra en fysisk ødeleggelse av krystallgitteret som et resultat av spontan fisjon fra kjernen til moderisotopen. Hvis vi kjenner hvor ofte et slikt fisjonsspor blir dannet (raten til prosessen), kan den bli brukt som en dateringsmetode.
Analogt til temperaturregulert diffusjon av datterisotoper i andre dateringsmetoder, blir fisjonssporene i krystallgitteret borte over en viss temperatur, såkalt fisjonsspor heling (eng. annealing). Selv om den bakomforeliggende prosessen ikke er godt forstått, er resultatet empirisk kjent.
Isotoper av Re og Os blir talt som negative ioner i et massespektrometer.Heling fører til at sporlengden blir mindre og til slutt kan reparere det fysiske sporet totalt, kjent som total heling. Raten til denne prosessen er en funksjon av både mineralegenskaper og temperaturhistorie. Fisjonsspor til glimmer, vulkansk glass, titanitt- og zirkonmineraler er studert mye, men mineralet apatitt har fått mest oppmerksomhet innen forskingen. Apatitt er et aksessorisk mineral i mange typer bergarter. At et fisjonsspor blir bevart over geologisk tid i naturlige mineraler, tar sted langt under krystallasjonstemperaturen.
En avkjølningshistorie kan bli etablert ved modellering av den termale historien til fisjonsspor data (fisjonsspor alder og sporlengde distribusjon). Fisjonssporanalyser og modellering av den termale historien til apatitt fisjonsspordata, gir et kraftig verktøy ved analyser til regional avkjølnings- og denudasjonshistorie.