LABORATOŘ PRO HELIOVOU TERMOCHRONOLOGII

V Ústavu struktury a mechaniky hornin Akademie věd České republiky, v. v. i., vznikla nová Laboratoř pro heliovou termochronologii pro datování geologických procesů, vybavená unikátním přístrojem Alphachron, kterým disponuje na světě pouze asi 25 laboratoří. Její slavnostní otevření se konalo 12. dubna 2016 v areálu ústavu v Praze 8 za účasti vedení Akademie věd a dalších hostů z oblasti vědy, výzkumu i popularizace.

Rekonstrukce, výstavba, vybavení laboratoře a zakoupení přístroje stály přibližně 15 milionů korun. Náklady na celý projekt byly hrazeny převážně z investičních prostředků Akademie věd a z menší části z prostředků ÚSMH.

Laboratoř vznikla na nově ustaveném oddělení neotektoniky a termochronologie, jehož náplní je výzkum neotektonického a geodynamického vývoje zkoumaných oblastí, včetně datování a vazby na regionálně geologický vývoj. Charakterizace zlomových struktur a tektonických pohybů na nich, čtvrtohorní seismicita, jakož i studium geodynamického vývoje pomocí metod tektonické geomorfologie, strukturní geologie, aplikované geofyziky aj. je studována na morfologicky výrazných tektonických poruchách zejména Českého masivu, karpatské předhlubně, Západních Karpat, ale i ve Španělsku, Mexiku, Kalifornii ad.

K časoprostorovým rekonstrukcím a modelování geologických procesů, majících vztah k zejména přírodním rizikům, jako jsou tektonické pohyby či vulkanismus, bude využívána právě laboratoř heliového termochronologického datování. Jde o metodu radiometrického datování, která zjišťuje termální historii hornin, tedy kdy datovaný minerál zchladl pod určitou teplotu. Heliové datování spočívá v měření obsahu stopového množství helia jako dceřiného produktu uranu, thoria a samaria, který vzniká jejich radioaktivním rozpadem v minerálech, jako je apatit, zirkon apod. Tyto minerály se běžně nacházejí v horninách Země i jiných planet a kosmických těles. V přístroji Alphachron jsou zahřívány laserem, který uvolní helium, jehož obsah je pak změřen hmotnostním spektrometrem. Po odměření helia na přístroji Alphachron se tytéž vzorky ‹spajkují› roztokem uranu a thoria o známé koncentraci a ‹rozpouštějí› v agresivních kyselinách (HF, HNO₃, HCl) podle typu měřeného minerálu. V takto připravených vzorcích je pak změřen obsah uranu a thoria na přístroji ICP-MS v Geologickém ústavu AV ČR, v. v. i. Na základě poměru změřeného obsahu helia a uranu a thoria je pak vypočten čas, který uplynul od doby, kdy se helium začalo v minerálu uchovávat. Měření lze například využít při datování vzniku produktů zvětrávání, vulkanických erupcí, pohybů na tektonických zlomech, tvorby reliéfu, meteoritů, ložisek nerostných surovin, archeologických artefaktů apod. Dokáže odhalit např. i teplotní historii sedimentárních pánví, což může být využito v naftovém průmyslu či při průzkumu potenciálu geotermální energie.

Laboratoř se skládá ze čtyř dílčích laboratoří, které odrážejí jednotlivé kroky procesu datování – laboratoř pro úpravu vzorků a separaci minerálů, laboratoř optické mikroskopie, laboratoř s přístrojem Alphachron a chemická laboratoř.

Zcela nově vybudovaná laboratoř pro přípravu vzorků a separaci minerálů je vybavena čelisťovým drtičem, ve kterém jsou horninové vzorky podrceny. Dále vibrační prosívací soustavou pro frakcionaci různých zrnitostí nadrceného vzorku a Wilfleyho splavovacím stolem, který vibrací třídí minerály podle jejich hustoty. Vyseparované minerály jsou potom dále tříděny v těžkých kapalinách. Z vyseparovaných apatitů a zirkonů jsou v laboratoři optické mikroskopie vybírána nejvhodnější zrna a připravována pro měření v laboratoři s přístrojem Alphachron. Přístroj, který je unikátní především tím, že je plně automatizovaný, pak extrahuje helium z vyseparovaných minerálů a měří jeho obsah. K jeho přednostem patří rychlost a spolehlivost. Vzorky změřené v Alphachronu jsou dále spajkovány v chemické laboratoři. Ta byla nově vybavena digestořemi odolnými vůči agresivním kyselinám, analytickými váhami a sušárnou, která slouží pro rozklad minerálů ve vysokotlakových nádobách.

Největšími přednostmi metody jsou tři vlastnosti: rychlost (rapidní produkce dat), spolehlivost (daná stabilitou systematiky a přesností měřicích zařízení), nízká „uzavírací teplota“ (closure temperature) a s ní spojené aplikace v dosud nedatovatelných oblastech výzkumu. S rozmezím ~60 až 40 °C má metoda nejnižší uzavírací teplotu ze všech radiometrických datovacích metod, což umožňuje datování nízkoteplotních, potažmo mladých geologických procesů, a skýtá tak značný potenciál.

Alphachron bude sloužit nejen pro potřeby ÚSMH AV ČR, ale v rámci spolupráce také pro Geologický ústav AV ČR, Ústav Geoniky AV ČR či Geofyzikální ústav AV ČR, stejně tak jako pro spolupracující univerzitní pracoviště, jako je Karlova univerzita v Praze, Masarykova univerzita v Brně či Ostravská univerzita, a pro další potenciální zájemce. Novým plně automatizovaným přístrojem disponuje jen několik málo laboratoří na světě. ÚSMH je ve střední a východní Evropě zatím prvním pracovištěm s touto metodou a bude poskytovat služby i pro spolupracující zahraniční pracoviště. Zahraniční spolupráce již odstartovala v rámci nového česko-německého projektu s Univerzitou v Göttingenu financovaného Grantovou agenturou ČR a s Univerzitou v Bayreuthu v oblasti Oherského riftu a Mariánskolázeňského zlomu v seismicky aktivní oblasti Chebska.