שמי מיטל שדה רז, סטודנטית לתואר שלישי במחלקה למדעי כדור הארץ והסביבה באוניברסיטת בן גוריון בנגב. במסגרת עבודת הדוקטורט שלי בהנחייתו של ד"ר איתי חביב, אני מאפיינת שיטה חדשנית לתיארוך מינרלים קרבונטים. המחקר מתקיים במעבדה לגיאוכרונולוגיה ותרמוכרונולוגיה בשיטת אורניום-תוריום-הליום שהוקמה במחלקה לגיאולוגיה באוניברסיטת בן-גוריון בנגב.

​

אנו בוחנים ומאפיינים גישה חדשנית לתיארוך מינרלים קרבונטים בכלל, ומשקעי מערות קרבונטים בפרט בשיטת אורניום-תוריום/הליום. שיטה זו אינה מוגבלת לטווח גילים מסויים כמו שיטת אורניום/תוריום המקובלת כיום והיא צפויה להרחיב את מסגרת הזמן של הרקורד הפליאו-אקלימי המבוסס על משקעי המערות. למשקעי מערות קרבונטים יתרון מובהק באפיון הפונטציאל של קרבונטים כגיאוכרונומטר שכן סביבת ההשקעה שלהם מאפשרת שימור של משקעים קרבונטים ללא איבוד של אורניום ותוריום. בנוסף, הטמפרטורה במערות קבועה יחסית, עובדה שמאפשרת   להבין טוב יותר תהליכי הדיפוזיה של הליום בקרבונטים. למיטב ידיעתנו זהו הניסיון הראשון לתארך משקעי מערות קרבונטים בשיטה זו.

​

הליום רדיוגני הינו תוצר של דעיכת אלפא בשרשרת הדעיכה של אורניום ותוריום. משקעי מערות עשויים לצבור הליום בכמות מספקת למדידה אך הליום עשוי גם לברוח מהגביש בתהליכים דיפוזיביים התלויים בטמפרטורה ובגודל מרחב הדיפוזיה. במסגרת המחקר אנו בוחנים ומכמתים את יכולות השיטה על ידי תיארוך משקעים מ-7 מערות בעלות טמפרטורות ממוצעת של 0 עד 20 מעלות הממוקמות מסיביר בצפון ועד לנגב בדרום והשוואת הגילים שמתקבלים במעבדתנו לגילים שהתקבלו בשיטות תיארוך אחרות. בנוסף, אנו עורכים ניסויי דיפוזיה שכוללים חימום מדורג בטמפרטורות שונות על מנת לקבוע את הפרמטרים הקינטים המשפיעים על קצב הדיפוזיה ולבחון את גודל מרחבי הדיפוזיה וקצב אובדן ההליום בטמפרטורות שונות. אפיון נוסף של גודל מרחב הדיפוזיה מתבצע על ידי בחינת המיקרוסטרוקטורה של הדוגמא באמצעות הדמיות שמתקבלות במיקרוסקופ אור ובאנליזות EBSD המבוצעת באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים.

​

גילי אורניום-תוריום/הליום שהתקבלו במעבדתנו זהים לגילים בלתי תלויים עבור משקעים קרבונטים ממערות בהן הטמפרטורת הן בין 1-7 מעלות צלזיוס. תוצאות אלו מצביעות על פוטנציאל לשימור מלא של הליום בקרבונטים מאזורים קרים למשכי זמן גיאולוגים. גילי דוגמאות ממערות בהן הטמפרטורה היא 18-20 מעלות נמוכים מהגילים הבלתי תלויים ומעידים על אובדן חלקי של הליום בטמפרטורות אלו. תוצאות ניסויי דיפוזיה יחד עם אפיון המבנה הגבישי מאפשרים חיזוי של אובדן ההליום כתלות בטמפרטורה במערה ובגודל הגביש. תוצאות המחקר משפרות באופן משמעותי את הבנתנו לגבי התנאים בהם הליום רדיוגני נשמר ומעידות כי תארוך קרבונטים בשיטת אורניום-תוריום הליום הינו אפשרי. בנוסף, מכיוון שהטמפרטורה שבה הליום מתחיל לברוח מהגביש הינה נמוכה (כ-60 מעלות עבור ארגוניט, וכ-40 מעלות עבור קלציט) אנו מסוגלים להשתמש בשיטה זו גם על מנת לתארך ארועים תרמלים שגרמו לאובדן חלקי של הליום בדוגמא, כגון תהליכים טקטוניים או שינויים משמעותיים באקלים כדור הארץ (פליאוטמפרטורה). עד כה, יכולת זו הייתה שמורה בעיקר לסלעים מגמתיים המכילים מינרלים עשירים באורניום ותוריום כדוגמאת אפטיט. המחקר שלי מראה כי ניתן השתמש בשיטה זו גם לתארוך של סלעי משקע קרבונטים ומגדיר את התנאים לכך.