terrestrial ages of antarctic meteorites

8/14/2019 Terrestrial Ages of Antarctic Meteorites

1/7

B r a z i l i a n J o u r n a l o f P h y s i c s , v o l . 2 7 , n o . 3 , s e p t e m b e r , 1 9 9 7 3 3 5

T e r r e s t r i a l A g e s o f A n t a r c t i c M e t e o r i t e s B a s e d

o n t h e T h e r m o l u m i n e s c e n c e L e v e l s I n d u c e d

i n t h e F u s i o n C r u s t

D . S e n g u p t a

1

, N . B h a n d a r i

2

a n d S . W a t a n a b e

3

1

I n s t i t u t e o f P h y s i c s , U n i v e r s i t y o f S ~ a o P a u l o , S ~ a o P a u l o , B r a z i l a n d

I I T K h a r a g p u r , W e s t B e n g a l , I n d i a

2

P h y s i c a l R e s e a r c h L a b o r a t o r y , A h m e d a b a d , I n d i a

3

I n s t i t u t e o f P h y s i c s , U n i v e r s i t y o f S ~ a o P a u l o , S ~ a o P a u l o , B r a z i l

R e c e i v e d J a n u a r y 2 3 , 1 9 9 7

T h e f u s i o n c r u s t o f e i g h t A n t a r c t i c m e t e o r i t e n d s s h o w n a t u r a l t h e r m o l u m i n e s c e n c e ( T L )

l e v e l s a b o u t 1 0 0 t i m e s h i g h e r t h a n t h e l e v e l s i n t h e f u s i o n c r u s t o f f r e s h l y f a l l e n m e t e o r i t e s ,

D h a j a l a , J i l i n a n d B a n s u r . I f i t i s a s s u m e d t h a t t h i s T L i s d u e t o c o s m i c r a y r e c e i v e d

o n t h e s u r f a c e o f A n t a r c t i c a , t h e t e r r e s t r i a l r e s i d e n c e t i m e s o f t h e m e t e o r i t e s i s c a l c u l a t e d

t o l i e b e t w e e n 1 0

4

- 1 0

5

y e a r s . S t r i c t l y , t h e s e p e r i o d s r e p r e s e n t l o w e r l i m i t s o f t e r r e s t r i a l

a g e s o f t h e s e m e t e o r i t e s , a n d a r e g e n e r a l l y c o n s i s t e n t w i t h t e r r e s t r i a l a g e s c a l c u l a t e d f r o m

c o s m o g e n i c r a d i o n u c l i d e s .

I . I n t r o d u c t i o n

T h e i n t e r i o r m a t e r i a l o f a c h o n d r i t e t y p i c a l l y h a s

a b o u t 2 0 0 0 G y d o s e e q u i v a l e n t o f n a t u r a l t h e r m o l u m i -

n e s c e n c e a c c u m u l a t e d d u e t o a m b i e n t c o s m i c r a y i r r a d i -

a t i o n i n t h e i n t e r p l a n e t a r y s p a c e . T h e c o s m i c r a y d o s e

r a t e n e a r 1 A . U . i s e s t i m a t e d t o b e a b o u t 1 0 0 m G y / a .

T h i s T L , p a r t i c u l a r l y t h e l o w t e m p e r a t u r e (


2/7

3 3 6 D . S e n g u p t a e t a l .

p a r a m e t e r i n m a n y s u c h s t u d i e s s u c h a s e v a l u a t i o n o f

t h e f r e q u e n c y o f f a l l o f v a r i o u s m e t e o r i t e t y p e s , i t s t i m e

v a r i a t i o n a n d d i s t r i b u t i o n o n t h e e a r t h . T h i s i n f o r m a -

t i o n , i n t u r n c a n b e u s e d t o u n d e r s t a n d t h e m e t e o r i t e

i n j e c t i o n m e c h a n i s m i n e a r t h c r o s s i n g o r b i t s i n t h e i n -

t e r p l a n e t a r y s p a c e . F u r t h e r m o r e , t h e t e r r e s t r i a l a g e s

o f A n t a r c t i c m e t e o r i t e s a r e u s e f u l i n u n d e r s t a n d i n g t h e

i c e d y n a m i c s a n d t h e m e c h a n i s m o f m e t e o r i t e c o n c e n -

t r a t i o n o n t h e i c e s h e l f . I t i s f o r t h e s e r e a s o n s t h a t l o t

o f e o r t s h a v e b e e n m a d e t o d e t e r m i n e t h e t e r r e s t r i a l

a g e s o f A n t a r c t i c n d s

1 3 7 1 1

A p a r t f r o m f a d i n g o f l o w t e m p e r a t u r e n a t u r a l T L ,

a m e t h o d c o m m o n l y u s e d t o d e t e r m i n e t h e t e r r e s t r i a l

a g e s i s t h e e x t e n t o f d e c a y o f s o m e c o s m o g e n i c r a d i o n u -

c l i d e s s u c h a s

1 4

C

2 6

A I

1 0

B e a n d

5 3

M n

7 1 0

, c o m -

p a r e d t o t h e i r e x p e c t e d p r o d u c t i o n i n t h e i n t e r p l a n -

e t a r y s p a c e . H o w e v e r s i n c e i s o t o p e p r o d u c t i o n r a t e s

d e p e n d o n s i z e o f t h e m e t e o r o i d , s h i e l d i n g d e p t h o f t h e

s a m p l e a n d t h e d e g r e e o f s a t u r a t i o n o f t h e r a d i o i s o t o p e ,

t h e s e e s t i m a t e s a r e u s u a l l y a c c u r a t e w i t h i n a f a c t o r o f

2 . S o m e s p e c i a l p r o c e d u r e s f o r m o r e a c c u r a t e e s t i m a -

t i o n o f t e r r e s t r i a l a g e s u s i n g s e v e r a l i s o t o p e p a i r s h a v e

b e e n s u g g e s t e d

1 1 ]

b u t s i n c e t h e t e r r e s t r i a l a g e s o f m o s t

A n t a r c t i c m e t e o r i t e s ( 1 t o 1 0 0 K a ) i s s m a l l c o m p a r e d

t o t h e m e a n l i f e o f m a n y o f t h e s e r a d i o n u c l i d e s u s e d

T (

2 6

A l ) 1 M a , T (

1 0

B e ) 2 . 5 M a a n d T (

5 3

M n ) 5

M a ] t h e e r r o r i n c o m p u t a t i o n o f t h e t e r r e s t r i a l a g e s i s

g e n e r a l l y l a r g e .

T h e f u s i o n c r u s t m e t h o d b a s e d o n a c c u m u l a t e d T L

o n t h e e a r t h m a y p r o v i d e a r e l i a b l e a l t e r n a t i v e m e t h o d

o f e s t i m a t i n g t e r r e s t r i a l a g e s . I n v i e w o f t h i s p o s s i -

b i l i t y e i g h t A n t a r c t i c m e t e o r i t e s h a v e b e e n s t u d i e d i n

d e t a i l a n d m e r i t s a n d l i m i t a t i o n s o f t h i s t e c h n i q u e a r e

d i s c u s s e d h e r e .

I I . P r i n c i p l e a n d m e t h o d o l o g y o f f u s i o n c r u s t

d a t i n g

T h e r e a r e t w o b a s i c a s s u m p t i o n s i n d a t i n g f u s i o n

c r u s t b y T L m e t h o d :

( i ) T h e i n t e r p l a n e t r a y T L i s t o t a l l y r e m o v e d f r o m t h e

f u s i o n c r u s t d u r i n g t r a n s i t t h r o u g h t h e e a r t h ' s a t m o -

s p h e r e . A l t h o u g h t h i s i s e x p e c t e d b e c a u s e o f h i g h

t e m p e r a t u r e s a t t a i n e d i n t h e a t m o s p h e r e , e x p e r i m e n -

t a l d a t a o n f r e s h f a l l s s u p p o r t i n g t h i s a s s u m p t i o n w i l l

b e d i s c u s s e d l a t e r .

( i i ) A r e g r o w t h o f T L i n t h e f u s i o n c r u s t , o c c u r s s u b -

s e q u e n t t o f a l l d u e t o i r r a d i a t i o n f r o m t h e a m b i e n t r a -

d i a t i o n e n v i r o n m e n t i . e . c o s m i c r a y s a n d n a t u r a l r a -

d i o a c t i v i t y f r o m t h e s u r r o u n d i n g m e d i a ( i c e i n c a s e o f

A n t a r c t i c m e t e o r i t e s a n d s o i l i n c a s e o f o t h e r n d s ) .

T h e t e r r e s t r i a l a g e e q u a t i o n m a y b e w r i t t e n a s

T

E

=

T L a c q u i r e d a f t e r t h e f a l l

A n n u a l r a t e o f T L a c q u i s i t i o n

o r

=

E D

a D

+ ( D

n t

+ D

e x t

) + D

+ D

c

w h e r e E D r e p r e s e n t s t o t a l a c c u m u l a t e d \ e q u i v a l e n t

d o s e " a n d D i s t h e d o s e r a t e . S u b s c r i p t s

n t

e x t

a n d c d e n o t e d o s e r a t e s d u e t o a l p h a p a r t i c l e s , i n -

h e r e n t b e t a r a d i a t i o n d u e t o m e t e o r i t i c m a t e r i a l , b e t a

r a d i a t i o n f r o m t h e e x t e r n a l m e d i u m , g a m m a r a d i a t i o n

a n d c o s m i c r a y s r e s p e c t i v e l y . T h u s t h e e s t i m a t i o n o f

t h e t e r r e s t r i a l a g e o f t h e m e t e o r i t e r e q u i r e s t w o i n p u t s

( i ) T L a c q u i r e d s i n c e t h e f a l l o f t h e m e t e o r i t e a n d ( i i )

t h e a n n u a l d o s e r a t e .

I I . 1 . A n n u a l d o s e i n A n t a r c t i c a

T h e r a d i o a c t i v i t y o f t h e c h o n d r i t i c m a t e r i a l i s e x -

t r e m e l y l o w ( T a b l e 1 ) a n d t h e r e f o r e t h e i n t e r n a l d o s e

i s n e g l i g i b l e . T h e A n t a r c t i c i c e a n d s n o w a l s o h a v e l o w

r a d i o a c t i v i t y ( K = 0 . 4 p p m

1 2 1 3

) , t h u s t h e d o s e d u e

t o s e l f a n d a m b i e n t r a d i o a c t i v i t y c a n b e n e g l e c t e d f o r

t h e p r e s e n t p u r p o s e . T h e m a i n s o u r c e o f r a d i a t i o n i s

t h e c o s m i c r a y s e c o n d a r i e s a n d b e c a u s e o f h i g h a l t i t u d e

a n d l o w r i d i g i t y c u t - o n e a r t h e p o l e s , i t i s q u i t e s i g n i f -

i c a n t . F r o m t h e d a t a g i v e n b y H e r b s t

1 4 ]

a n d P r e s c o t t

a n d S t e p h a n

1 5 ]

w e e s t i m a t e t h a t , a t t h e l a t i t u d e o f

7 0

S a n d a l t i t u d e o f 1 5 0 0 - 2 0 0 0 m w h e r e m o s t o f t h e

m e t e o r i t e s s t u d i e d h e r e h a v e b e e n f o u n d , t h e a n n u a l

d o s e i s i n t h e r a n g e o f 0 . 6 t o 0 . 8 m G y / a . T h e r e l e -

v a n t d a t a f o r e a c h m e t e o r i t e s t u d i e d i s g i v e n i n T a b l e

1 , w h i c h i n d i c a t e t h a t t h e d o m i n a n t r a d i a t i o n c o m p o -

n e n t o n A n t a r c t i c a i s d u e t o c o s m i c r a y s a n d a l l o t h e r

s o u r c e s a r e n e g l i g i b l e . I n v i e w o f t h e s e d a t a , t h e a g e

e q u a t i o n ( 1 ) s i m p l i e s t o

T

E

= E D = D

c

O n l y i n t h e c a s e o f m e t e o r i t e s k e p t i n b u i l d i n g s , t h e

d o s e d u e t o a m b i e n t r a d i o a c t i v i t y i s s i g n i c a n t . I n s u c h

c a s e s i . e . B a n s u r , D h a j a l a a n d J i l i n , w e u s e t h e t o t a l

d o s e r a t e .


3/7


T h e a n n u a l d o s e r a t e v a l u e s g i v e n i n T a b l e 1 r e f e r t o

t h e s u r f a c e o f t h e i c e c a p . M e t e o r i t e s , h o w e v e r , d o n o t

s p e n d a l l t h e i r t i m e o n t h e s u r f a c e b u t , s o o n a f t e r t h e i r

f a l l , g e t b u r i e d u n d e r g r a d u a l l y i n c r e a s i n g o v e r b u r d e n

o f i c e a n d m o v e w i t h t h e o w o f i c e f r o m t h e r e g i o n o f

f a l l t o t h e r e g i o n o f r e c o v e r y . T h e r e f o r e t h e t e r r e s t r i a l

r e s i d e n c e t i m e T

E

h a s t w o c o m p o n e n t s , t h e s u r f a c e r e s -

i d e n c e t i m e T

S

a n d t h e r e s i d e n c e t i m e w h i l e t h e y a r e

d e e p l y b u r i e d i n i c e T

D

s o a s t o h a v e b e e n s h i e l d e d b y

c o s m i c r a y s .

T

E

= T

S

+ T

D

O n c e t h e m e t e o r i t e s a r r i v e i n t h e a b l a t i o n z o n e , t h e y

r e m a i n o n t h e s u r f a c e f o r e v e r . I c e v e l o c i t i e s m e a -

s u r e d i n A l l a n H i l l s a r e a y i e l d h o r i z o n t a l v e l o c i t i e s o f

1 m / a

1 6 ]

, T h e m a x i m u m c o n c e n t r a t i o n o f m e t e o r i t e s

h a s b e e n f o u n d w h e r e i c e b e c o m e s s t a t i c . I n t h i s r e g i o n

t h e c a t c h m e n t a r e a h a s a r a d i u s o f 5 k m a n d t h u s t h e

m e t e o r i t e s m a y b e s p e n d i n g a b o u t 5 , 0 0 0 y e a r s b u r i e d

w i t h i n i c e . I n c o m p a r i s o n , t h e e x p o s u r e a g e s h a v e v a l -

u e s u p t o 7 0 0 , 0 0 0 y e a r s . T h e d y n a m i c c o n s i d e r a t i o n s

t h u s s u g g e s t t h a t T

D

< T

S

a n d t h e r e f o r e w e m a y h e r e

a s s u m e T

E

T

S

I I I . 1 . S a m p l e d e s c r i p t i o n

S u r f a c e c h i p s c o n t a i n i n g f u s i o n c r u s t f r o m e i g h t

A n t a r c t i c m e t e o r i t e s c o l l e c t e d f r o m A l l a n H i l l s , M e t e -

o r i t e H i l l s a n d M o u n t B a l d r w e r e a n a l y s e d . F o r t h e s a k e

o f c o m p a r i s o n r e c e n t l y f a l l e n m e t e o r i t e s w i t h k n o w n

t e r r e s t r i a l a g e s n a m e l y D h a j a l a , J i l i n a n d B a n s u r w e r e

a l s o s t u d i e d . E i g h t o f t h e s e a r e c h o n d r i t e s a n d t h e r e -

m a i n i n g t h r e e b e l o n g t o d i o g e n i t e , u r e i l i t e a n d s h e r -

g o t i t e g r o u p s . E x c e p t f o r A L H A 7 7 2 5 7 a n d M E T A

7 6 0 0 1 w h e r e t h e c r u s t w a s s l i g h t l y w e a t h e r e d a l l t h e

o t h e r m e t e o r i t e s h a d w e l l d e v e l o p e d a n d p r e s e r v e d f u -

s i o n c r u s t

1 7 ]

. S m a l l s a m p l e s c o n t a i n i n g a f e w s q u a r e

m i l l i m e t e r s o f f u s i o n c r u s t w e r e c h i p p e d o w i t h t h e

h e l p o f a w a t e r c o o l e d d i a m o n d b l a d e . T h e i n t e r i o r

( m e t e o r i t e ) m a t e r i a l w a s r e m o v e d b y g r i n d i n g o n a n

e m e r y p a p e r ( g r i t s i z e = 4 0 0 ) t i l l a u n i f o r m b l a c k c h i p

( t y p i c a l l y 2 - 3 m m w i d e a n d a f e w h u n d r e d m i c r o n s

t h i c k ) w a s o b t a i n e d . T h e c h i p w a s p o l i s h e d i n s u b d u e d

r e d l i g h t o n a l l s i d e s t o r e m o v e m a t e r i a l e x p o s e d t o

n a t u r a l l i g h t a n d s u b s e q u e n t l y w a s h e d i n a n u l t r a s o n i c

b a t h a n d c r u s h e d . T h e p o w d e r w a s t r e a t e d w i t h l N H C l

t o r e m o v e a n y w e a t h e r e d m a t e r i a l . T h e m i n e r a l g r a i n s

i n t h e s i z e r a n g e o f 4 5 - 1 1 0 m i c r o n s w e r e d e p o s i t e d o n

s t a i n l e s s d i s c s w i t h s i l i c o n e s p r a y .

I I I . 2 . E x p e r i m e n t a l d e t a i l s

T h e t h e r m o l u m i n e s c e n c e s i g n a l w a s r e a d u s i n g a

p h o t o n c o u n t i n g s y s t e m a n d t h e d e t e c t i o n o p t i c s c o n -

s i s t e d o f a C o r n i n g 5 - 5 8 l t e r a n d a C h a n c e P i l k i n g t o n

H A 3 l t e r c o u p l e d t o a n E M I 9 6 3 5 Q A p h o t o m u l t i p l i e r

t u b e . T L g l o w c u r v e s w e r e r e c o r d e d i n a n a m b i e n t a t -

m o s p h e r e o f u l t r a - p u r e n i t r o g e n . T h e h e a t i n g r a t e w a s

m a i n t a i n e d a t 5

o

C s e c

1

. T h e s y s t e m a n d t h e p r o c e -

d u r e a r e d e s c r i b e d i n d e t a i l b y S i n g h v i e t a l

1 8 ]

T h e a c q u i r e d E q u i v a l e n t D o s e ( E D ) w a s e s t i m a t e d

u s i n g t h e s e c o n d g l o w n o r m a l i s a t i o n m e t h o d . T h i s

m e t h o d i s u s e f u l w h e n t h e a m o u n t o f s a m p l e i s l i m -

i t e d a n d T L s e n s i t i v i t y o f t h e m a t e r i a l i s l o w a s i n t h e

p r e s e n t c a s e . I n t h i s m e t h o d t h e E D c o r r e s p o n d i n g t o

t h e T L i n t e n s i t y o f a v i r g i n s a m p l e i s e s t i m a t e d b y s c a l -

i n g i t b y t h e T L i n t e n s i t y i n d u c e d i n t h e s a m e f r a c t i o n

b y a k n o w n t e s t d o s e . S i n c e t h e E D v a l u e s d e p e n d

s l i g h t l y o n t e s t d o s e , d u e t o s o m e n o n - l i n e a r p r o c e s s e s ,

t w o t e s t d o s e s w e r e u s e d i n t h e p r e s e n t w o r k : 9 G y

( l o w d o s e ) a n d 5 0 0 G y ( h i g h d o s e ) . I n c a s e o f A L H A

7 6 0 0 8 a n d A L H A 7 7 2 8 2 t h e a c q u i r e d d o s e w e r e e s t i -

m a t e d b y a d d i t i v e d o s e m e t h o d a s w e l l . I n t h i s m e t h o d ,

s e v e r a l i d e n t i c a l d i s c s m a d e f r o m t h e s a m e v i r g i n s a m -

p l e ( h a v i n g t h e i r N T L ) a r e g i v e n d i e r e n t b e t a i r r a d i -

a t i o n ( 0 t o 1 0 0 G y ) . T h e b e t a i r r a d i a t i o n s w e r e m a d e

u s i n g a

9 0

S r -

9 0

Y p l a q u e . W e i g h t n o r m a l i s a t i o n w a s

d o n e f o r d i e r e n t d i s c s a n d t y p i c a l d i s c t o d i s c v a r i a -

t i o n i n t h e T L s i g n a l w a s 1 0 - 1 5 % . A p l o t o f t h e T L l e v e l

o f t h e s e d i s c s v e r s u s t h e g i v e n d o s e w a s m a d e a n d t h e

i n t e r c e p t o n t h e d o s e a x i s g a v e t h e n a t u r a l d o s e E D ] .

A s s h o w n i n T a b l e 2 , t h e a c q u i r e d d o s e c o m p u t e d f r o m

a d d i t i v e b e t a m e t h o d a n d t h e v a l u e b a s e d o n l o w d o s e

a n d h i g h d o s e i r r a d i a t i o n s a g r e e w i t h i n 3 0 % . T h i s i s

t h e d o m i n a n t s o u r c e o f e r r o r i n t h e a g e e s t i m a t i o n .


4/7

3 3 8 D . S e n g u p t a e t a l .

I n v i e w o f t h e f a c t t h a t t h e m e a s u r e m e n t o f t h e T L

l e v e l s c o u l d r e s u l t i n s e n s i t i v i t y o r r e e c t i v i t y c h a n g e s ,

a f e w s a m p l e s w e r e r e p e a t e d l y i r r a d i a t e d a n d r e a d o u t .

T h e r e s u l t s s h o w t h a t c h a n g e s i n T L s e n s i t i v i t y o r r e -

e c t i v i t y a r e


5/7


s e n s i t i v i t y w a s f o u n d t o b e 1 0 - 5 0 % o f t h e v a l u e o f t h e

i n t e r i o r m a t e r i a l o f t h e m e t e o r i t e b u t t h e l i g h t l e v e l s

w e r e a d e q u a t e f o r r e l i a b l e e s t i m a t i o n o f d o s e e x c e p t f o r

r e c e n t f a l l s . T h e t h e r m a l d e c a y a n d t h e p r e s e n c e o f

a n o m a l o u s f a d i n g w a s e x a m i n e d a f t e r i r r a d i a t i n g t h e

d i s c s w i t h a k n o w n t e s t d o s e f o l l o w e d b y m e a s u r e m e n t

o f T L l e v e l f o r s t o r a g e p e r i o d s u p t o 1 0 0 d a y s a t r o o m

t e m p r a t u r e . T h e s e w e r e t h e n n o r m a l i s e d t o t h e T L

l e v e l s f r o m t h e s a m e d i s c r e a d o u t i m m e d i a t e l y ( a f t e r

2 m i n u t e s ) . F i g . 2 g i v e s t h e f a d i n g p l o t f o r D h a j a l a

a n d A L H A 7 7 2 3 1 w h i c h s u g g e s t s n e g l i g i b l e f a d i n g a t

h i g h t e m p e r a t u r e s ( > 3 6 0

o

C ) . I t w a s f o u n d t h a t m o s t

o f t h e f a d i n g o c c u r s i n t h e r s t d a y a n d s u b s e q u e n t f a d -

i n g i s n e g l i g i b l e . E v e n e x t r a p o l a t i o n o v e r t h e t e r r e s t r i a l

a g e s o f m e t e o r i t e s ( 1 0

3

- 1 0

6

y e a r s ) , t h e a n o m a l o u s f a d -

i n g m a y b e n e g l i g i b l e . T h u s i t c a n b e c o n c l u d e d t h a t

t h e f u s i o n c r u s t i s q u i t e s u i t a b l e f o r d a t i n g .

F i g u r e 1 . T h e ( a ) n a t u r a l , ( b ) b e t a i n d u c e d a n d ( c ) t h e

b l a c k b o d y c u r v e s f o r A L H A 7 7 2 8 2 f u s i o n c r u s t s a m p l e .

I V . 2 . R e s e t t i n g o f T L d u r i n g t h e f o r m a t i o n o f

f u s i o n c r u s t

A s d i s c u s s e d a b o v e a b a s i c a s s u m p t i o n u s i n g t h e

n a t u r a l T L l e v e l s ( N T L ) f o r t h e e s t i m a t i o n o f t e r r e s -

t r i a l a g e s i s t h a t i t i s c o m p l e t e l y e r a s e d d u r i n g t h e f o r -

m a t i o n o f t h e f u s i o n c r u s t . H e n c e t h e N T L l e v e l s i n

t h e c r u s t o f f r e s h l y f a l l e n m e t e o r i t e s s h o u l d b e s m a l l

o r c l o s e t o z e r o . T h e a c q u i r e d d o s e ( E D ) e s t i m a t e s f o r

v a r i o u s m e t e o r i t e s a r e s u m m a r i s e d i n T a b l e 2 w h i c h i n -

d i c a t e t h a t r e c e n t f a l l s l i k e D h a j a l a a n d J i l i n c h o n d r i t e s

( T

E

1 1 y e a r s ) h a v e l o w N T L v a l u e s c o r r e s p o n d i n g t o

l o w E D v a l u e s . T h e E D v a l u e s w h e n c o u p l e d t o t h e i n -

d o o r d o s e r a t e o f 1 . 6 m G y / a

2 1 ]

p r o v i d e u p p e r l i m i t s t o

t h e i r a g e s o f 8 5 a n d 1 8 5 y e a r s r e s p e c t i v e l y , c o m p a r e d t o

t h e k n o w n a g e s o f 1 1 y e a r s . E v e n f o r B a n s u r ( f e l l 1 8 9 2 ) ,

t h e e s t i m a t e d a g e i s 3 . 5 t i m e s t h e a c t u a l t e r r e s t r i a l a g e .

T h e d i s c r e p a n c y i s d u e t o t h e f a c t t h a t t h e d a r k c u r r e n t

o f t h e p h o t o m u l t i p l i e r t u b e u s e d i s a p p r e c i a b l e , g i v i n g

a b o u t 1 0 0 c o u n t s / s e c a n d t h e s i g n a l f o r s u c h l o w a g e s o f

m e t e o r i t e s ( 1 1 - 9 6 y e a r s ) a r e t o o l o w t o b e m e a s u r e d a c -

c u r a t e l y . W e n e e d a m i n i m u m s i g n a l c o r r e s p o n d i n g t o

4 G y t o m e a s u r e t h e T L l e v e l s p r o p e r l y . F r o m t h i s

d i s c u s s i o n , i t i s c l e a r t h a t t h e f u s i o n c r u s t m e t h o d i s

n o t s u i t a b l e f o r d a t i n g m e t e o r i t e s w i t h t e r r e s t r i a l a g e s

l o w e r t h a n a b o u t 5 0 0 y e a r s b u t t h e a c c u r a c y i m p r o v e s

a s t h e t e r r e s t r i a l a g e i n c r e a s e s .

F i g u r e 2 . T h e f r a c t i o n a l T L r e m a i n i n g i n t h e f u s i o n c u r s t

s a m p l e s o f D h a j a l a a n d A L H A 7 7 2 3 1 f o r s t o r a g e p e r i o d s

o f t e n , t h i r t y a n d h u n d r e d d a y s r e s p e c t i v e l y k e p t a t r o o m

t e m p e r a t u r e .

I V . 3 . E s t i m a t i o n o f a c q u i r e d d o s e

I n o r d e r t o e v a l u a t e p o s s i b l e e r r o r s i n e s t i m a t i o n o f

t h e a c q u i r e d d o s e i t h a s b e e n c a l c u l a t e d i n t h r e e d i f -

f e r e n t w a y s i n t w o o f t h e m e t e o r i t e s ( T a b l e 2 ) . T h e

e s t i m a t e s a t l o w d o s e s a n d t h e d o s e c a l c u l a t e d f r o m a d -

d i t i v e b e t a m e t h o d a g r e e w i t h i n 1 0 % b u t t h e e s t i m a t e

b a s e d o n h i g h d o s e i s l o w e r b y 1 5 - 3 0 % . T h e d i e r e n c e s

s e e n f o r l o w a n d h i g h d o s e m a y p o s s i b l y b e b e c a u s e o f

n o n - l i n e a r g r o w t h o f T L . C o n s i d e r i n g t h e s e d i c u l t i e s

a n d t h e s t a b i l i t y o f t h e T L s i g n a l s a t l o w t e m p e r a t u r e s

a s w e l l a s t o a v o i d t h e e e c t o f b l a c k b o d y c o n t r i b u -

t i o n a t h i g h t e m p e r a t u r e s , t h e a g e s h a v e b e e n c o m p u t e d

i n t h e s t a b l e p l a t e a u r e g i o n o f 3 6 0 - 3 8 0

C a s s h o w n i n

F i g . 3 .


6/7

3 4 0 D . S e n g u p t a e t a l .

F i g u r e 3 . T h e v a r i a t i o n o f a c q u i r e d d o s e w i t h t h e g l o w c u r v e

t e m p e r a t u r e f o r A L H A 7 7 2 8 2 f u s i o n c r u s t a t l o w d o s e ( 9

G y ) a n d h i g h d o s e ( 5 0 0 G y ) u s e d f o r n o r m a l i s a t i o n .

I V . 4 . S u r f a c e r e s i d e n c e t i m e s o f A n t a r c t i c m e -

t e o r i t e s

U s i n g t h e c o m i c r a y d o s e r a t e a t t h e A n t a r c t i c a l t i -

t u d e s a n d g e o m a g n e t i c l a t i t u d e w e h a v e c a l c u l a t e d T

S

f o r t h e e i g h t A n t a r c t i c m e t e o r i t e s . T h e a g e s h a v e b e e n

c a l c u l a t e d o b t a i n e d b a s e d o n t h e l o w d o s e v a l u e s w h e r -

e v e r a v a i l a b l e . T h e v a l u e s r a n g e b e t w e e n 1 0 , 0 0 0 - 1 0 0 , 0 0

y e a r s a n d a r e s u m m a r i s e d i n T a b l e 2 . T h e o v e r a l l e r r o r

i n t h e a g e s a r e e s t i m a t e d t o b e 2 0 % .

I V . 5 . C o m p a r i s o n w i t h o t h e r m e t h o d s

I n c a s e o f s o m e m e t e o r i t e s , t e r r e s t r i a l a g e s b a s e d o n

c o s m o g e n i c i s o t o p e s a r e a v a i l a b l e

7 8 2 2

. T h e s e v a l u e s

a r e g i v e n i n T a b l e 2 f o r t h e s a k e o f c o m p a r i s o n . I t i s

s e e n t h a t t h e T

S

b a s e d o n T L i s o f t h e s a m e o r d e r a s

t h e T

E

b a s e d o n c o s m o g e n i c r a d i o n u c l i d e s . T

E

b a s e d o n

t h e c o s m o g e n i c r a d i o n u c l i d e s ( e g .

2 6

A l

5 3

M n a n d

1 4

C )

i s i n d e p e n d e n t o f t h e b u r i a l h i s t o r y o f t h e m e t e o r i t e

w h e r e a s t h e T L m e t h o d g i v e s o n l y t h e s u r f a c e r e s i d e n c e

t i m e T

S

. A p a r t f r o m t h i s r e a s o n , t h e d i e r e n c e s m a y b e

d u e t o e r r o r s i n e s t i m a t i n g t h e a g e s b y t h e t w o m e t h -

o d s . W h e n m o r e a c c u r a t e e s t i m a t e s a r e a v a i l a b l e , b y

s t u d y i n g t e r r e s t r i a l a g e s f r o m c o s m o g e n i c r a d i o i s o t o p e s

a n d f u s i o n c r u s t T L , o n e c a n d e t e r m i n e t h e s u r f a c e a n d

b u r i a l r e s i d e n c e t i m e s . T h e s e d a t a c a n t h u s b e a l s o

u s e f u l i n e s t i m a t i n g l o n g t e r m i c e o w r a t e s . F r o m t h e

d a t a p r e s e n t e d i n T a b l e 2 , i t a p p e a r s t h a t t h e f u s i o n

c r u s t m e t h o d o e r s a r a p i d m e t h o d o f e s t i m a t i n g T

S

w i t h r e a s o n a b l e a c c u r a c y .

F i g u r e 4 . T h e a d d i t i v e b e t a g r o w t h a n d t h e s u p r a l i n e a r c o r -

r e c t i o n f o r t h e A L H A 7 6 0 0 8 f u s i o n c r u s t s a m p l e a t a g l o w

c u r v e t e m p e r a t u r e o f 3 6 0

o

C

A c k n o w l e d g e m e n t s

W e t h a n k N A S A , e s p e c i a l l y D r . J . O . A n n e x s t a d

a n d D r . D . W . S e a r s f o r p r o v i d i n g t h e m e t e o r i t e s a m -

p l e s f o r t h i s w o r k . W e a r e i n d e b t e d t o D r . A . K . S i n g h v i

f o r s e v e r a l u s e f u l c o m m e n t s . D S G t h a n k s F u n d a c ~a o d e

A m p a r o e P e s q u i s a d o E s t a d o d e S ~ a o P a u l o ( F A P E S P )

f o r a V i s i t i n g F e l l o w s h i p w h i c h h e l p e d t o c o m p l e t e t h e

p r e s e n t w o r k .

R e f e r e n c e s

1 . C . L . M e l c h e r , G e o c h i m . C o s m o c h i m . A c t a 4 5

6 1 5 ( 1 9 8 1 ) .

2 . S . W . S . M c k e e v e r , M o d e r n G e o l o g y 7 , 1 0 5 ( 1 9 8 0 ) .

3 . S . W . S . M c k e e v e r a n d P . D . T o w n s e n d , C o m m e n t

o n \ T h e r m o l u m i n e s c e n c e o f m e t e o r i t e s a n d t h e i r

t e r r e s t r i a l a g e s " , G e o c h i m . C o s m o c h i m . A c t a 4 6

1 9 9 7 - 1 9 9 8 , 1 9 8 7 .

4 . D . W . S e a r s , T h e r m o l u m i n e s c e n c e a n d f u s i o n c r u s t

s t u d i e s o f m e t e o r i t e s , P h . D . T h e s i s , U n i v . L e i c e s -

t e r , U . K . 1 9 7 5 .


7/7


5 . A . K . S i n g h v i , S . P a l a n d N . B h a n d a r i , P A C T

J o u r n a l 6 , 4 0 4 ( 1 9 8 2 ) .

6 . K . N i n a g a w a , S . M i o n o , M . Y o s h i d a a n d N .

T a k o a k a , L e t t . N u o v o C i m e n t o 3 8 ( 2 ) , 3 3 ( 1 9 8 3 ) .

7 . E . L . F i r e m a n , C a r b o n - 1 4 t e r r e s t r i a l a g e s o f

A n t a r c t i c m e t e o r i t e s , P r o c . E i g h t h S y m p .

A n t a r c t i c m e t e o r i t e s , 2 4 6 - 2 5 0 , 1 9 8 3 .

8 . K . N i s h i i z u m i a n d J . R . A r n o l d , T e r r e s t r i a l a g e s o f

A n t a r c t i c m e t e o r i t e s , i n W o r k s h o p o n A n t a r c t i c

g l a c i o l o g y a n d m e t e o r i t e s L P I T e c h . R e p . 8 2 - 0 3 ,

C . B u l l a n d M . E . L i p s c h u t z , e d s . , 1 2 - 1 4 , 1 9 8 4 .

9 . R . S a r a n , U . H e r p e r s , P . S i g n e r , R . W i e l e r , G .

B o n a n i , H . J . H o f m a n n , E . M o r e n z o n i , M . N e s s i ,

M . S u t e r a n d W . W o l i ,

1 0

B e

2 6

A l

5 3

M n a n d n o -

b l e g a s e s i n A n t a r c t i c S h e r g o t i t e E E T A 7 9 0 0 1 ( A ) ,

E a r t h P l a n e t . S c i . L e t t . 7 5 , 7 2 ( 1 9 8 5 ) .

1 0 . R . P . B e u k e n s , J . C . R u c k l i d g e a n d Y . M i u r a ,

1 4

C a g e s o f t e n Y a m a t o a n d A l l a n H i l l s m e t e -

o r i t e s , P r o c . T w e l f t h S y m p o s i u m o n A n t a r c t i c

m e t e o r i t e s , N a t i o n a l I n s t i t u t e o f P o l a r R e s e a r c h ,

T o k y o , P r e p r i n t , 1 9 8 7 .

1 1 . N . B h a n d a r i , J . N . G o s w a m i a n d P . N . S h u k l a , C o s -

m o g e n i c t r a c k s a n d s p a l l a t i o n p r o d u c t s i n A n t r a c -

t i c m e t e o r i t e s , P r o c . N i n t h S y m p . o n A n t a r c t i c

m e t e o r i t e s , N a t i o n a l I n s t i t u t e o f P o l a r R e s e a r c h ,

T o k y o , 4 4 - 1 - 4 , 1 9 8 4 .

1 2 . C . L o r i u s , G . B a u d i n , L . C i t t a n o v a a n d R . P l a t z e r ,

T e l l u s 2 1 , 1 3 6 ( 1 9 6 9 ) .

1 3 . C . B o u t r o n a n d C . L o r i u s , T r a c e e l e m e n t c o n t e n t

i n E a s t A n t a r c t i c s n o w s a m p l e s , i n : I s o t o p e s a n d

I m p l i c a t i o n i n s n o w a n d i c e , I A H S - A I H S p u b l i c a -

t i o n 1 1 8 , 1 6 4 ( 1 9 7 7 ) .

1 4 . W . H e r b s t , I n v e s t i g a t i o n o f e n v i r o n m e n t a l r a d i a -

t i o n a n d i t s v a r i a b i l i t y , i n N a t u r a l R a d i a t i o n E n -

v i r o n m e n t , J . A . S . A d a m s a n d W . M . L o w d e r , e d s . ,

7 8 1 - 7 9 6 , U n i v . o f C h i c a g o P r e s s , 1 9 6 4 .

1 5 . J . R . P r e s c o t t a n d L . S t e p h a n , P A C T J o u r n a l 6

1 7 ( 1 9 8 2 ) .

1 6 . L . S c h u l t z a n d J . O . A n n e x s t a d , A b l a t i o n a n d i c e

m o v e m e n t a t t h e A l l a n H i l l s m a i n i c e e l d b e t w e e n

1 9 7 8 a n d 1 9 8 1 i n : U . B . M a r v i n a n d B . M a s o n

e d s . , S m i t h s o n i a n C o n t r i b u t i o n E a r t h S c i . 2 6 1 7

( 1 9 8 4 ) .

1 7 . U . B . M a r v i n a n d B . M a s o n , C a t a l o g u e o f A n t a r c -

t i c M e t e o r i t e s f r o m V i c t o r i a l a n d , 1 9 7 8 - 1 9 8 0 ,

S m i t h s o n i a n C o n t r i b . E a r t h S c i . 2 4 , 8 5 ( 1 9 8 2 ) .

1 8 . D . P . A g a r w a l , N . B h a n d a r i , B . B . L a l a n d A . K .

S i n g h v i , T h e r m o l u m i n e s c e n c e d a t i n g o f p o t t e r y

f r o m S r i n g v e r a p u r a - a R a m a y a n a s i t e , P r o c . I n -

d i a n A c a d . S c i . 9 0 E , 1 6 1 ( 1 9 8 1 ) .

1 9 . D . S e n g u p t a , C o s m i c r a y i n d u c e d t h e r m o l u m i n e s -

c e n c e i n m o o n a n d m e t e o r i t e s a n d t e r r e s t r i a l d a t -

i n g a p p l i c a t i o n s , P h . D . t h e s i s , G u j a r a t U n i v e r s i t y ,

1 9 8 6 .

2 0 . A . K . S i n g h v i a n d N . B h a n d a r i , M e t e o r i t i c s 1 , 5 3 6

( 1 9 7 9 ) .

2 1 . C . E l i t z c h , E . P e r n i c k a a n d G . A . W a g n e r , P A C T

J o u r n a l 9 , 2 7 1 ( 1 9 8 3 ) .

2 2 . A . V . N e r o , M . L . B o e g e l , C . D . H o l l o w e l l , J . G . I n -

g e r s o l l , W . W . N a z a r o a n d K . L . R e v z a n , R a d o n

a n d i t s d a u g h t e r s i n e n e r g y - e c i e n t b u i l d i n g s , i n :

N a t u r a l R a d i a t i o n E n v i r o n m e n t , K . G . V o h r a e t

a l . , e d s . 4 7 3 - 4 8 0 , W i l e y E a s t e m L t d . I n d i a , 1 9 8 2 .

2 3 . J . C . E v a n s a n d J . H . R e e v e s , E a r t h P l a n e t S c i .

L e t t . 8 2 , 2 2 3 ( 1 9 8 7 ) .

terrestrial ages of antarctic meteorites

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