Уран-свинцовые датировки

Уран-свинцовое датирование , сокращенно U-Pb датирование , является одной из старейших ^[1] и наиболее совершенных схем радиометрического датирования . Его можно использовать для датирования горных пород, которые сформировались и кристаллизовались примерно от 1 миллиона лет до 4,5 миллиардов лет назад, с обычной точностью в диапазоне 0,1–1%. ^{[2] [3]}

Метод обычно применяется к циркону . Этот минерал включает в свою кристаллическую структуру атомы урана и тория , но сильно отвергает свинец при образовании. В результате новообразованные отложения циркона не будут содержать свинца, а это означает, что любой свинец, обнаруженный в минерале, является радиогенным . Поскольку точная скорость распада урана до свинца известна, текущее отношение свинца к урану в образце минерала можно использовать для надежного определения его возраста.

Метод основан на двух отдельных цепочках распада : урановой серии от ²³⁸ U до ²⁰⁶ Pb с периодом полураспада 4,47 миллиарда лет и актиниевой серии от ²³⁵ U до ²⁰⁷ Pb с периодом полураспада 710 миллионов лет.

Маршруты распада [ править ]

Уран распадается на свинец в результате серии альфа (и бета ) распадов, в которых ²³⁸ U с дочерними нуклидами претерпевает в общей сложности восемь альфа и шесть бета-распадов, тогда как ²³⁵ U с дочерними элементами испытывает только семь альфа и четыре бета-распада. ^[4]

Существование двух «параллельных» маршрутов распада урана – свинца (от ²³⁸ U до ²⁰⁶ Pb и от ²³⁵ U до ²⁰⁷ Pb) приводит к использованию нескольких методов датирования в рамках всей системы U – Pb. Термин U-Pb датирование обычно подразумевает совместное использование обеих схем распада в «диаграмме конкордией» (см. Ниже).

Однако использование схемы однократного распада (обычно от ²³⁸ U до ²⁰⁶ Pb) приводит к методу изохронного датирования U-Pb, аналогичному методу датирования рубидий-стронций .

Наконец, возраст может быть определен по системе U – Pb путем анализа только изотопных соотношений Pb. Это называется методом датирования свинец-свинец . Клер Кэмерон Паттерсон , американский геохимик, пионер исследований уран-свинцовых методов радиометрического датирования, использовал их для получения одной из самых ранних оценок возраста Земли .

Минералогия [ править ]

Хотя чаще всего используется циркон (ZrSiO ₄ ), также можно использовать другие минералы, такие как монацит (см .: геохронология монацита ), титанит и бадделеит .

В тех случаях, когда кристаллы, такие как циркон с включениями урана и тория, не встречаются, методы датирования уран-свинцом также применялись к другим минералам, таким как кальцит / арагонит и другие карбонатные минералы . Эти типы минералов часто дают более низкую точность возраста, чем магматические и метаморфические минералы, традиционно используемые для определения возраста, но чаще встречаются в геологической летописи.

Механизм [ править ]

Во время стадии альфа-распада кристалл циркона подвергается радиационному повреждению, связанному с каждым альфа-распадом. Это повреждение больше всего сосредоточено вокруг родительского изотопа (U и Th), вытесняя дочерний изотоп (Pb) из его исходного положения в решетке циркона.

В областях с высокой концентрацией родительского изотопа повреждение кристаллической решетки является довольно обширным и часто соединяется между собой, образуя сеть радиационно поврежденных областей. ^[4] Треки деления и микротрещины внутри кристалла еще больше увеличивают сеть радиационных повреждений.

Эти треки деления действуют как каналы глубоко внутри кристалла, обеспечивая способ транспортировки, облегчающий выщелачивание изотопов свинца из кристалла циркона. ^[5]

Вычисление [ править ]

В условиях, когда не происходило никаких потерь или прироста свинца из внешней среды, возраст циркона можно рассчитать, предположив экспоненциальный распад урана. То есть

${\ displaystyle N _ {\ mathrm {Now}} = N _ {\ mathrm {Orig}} e ^ {- \ lambda t} \,}$

где

• ${\ Displaystyle N _ {\ mathrm {Сейчас}} = \ mathrm {U}}$ число атомов урана, измеренное сейчас.
• ${\ displaystyle N _ {\ mathrm {Orig}}}$- это количество атомов урана изначально, равное сумме атомов урана и свинца, измеренной в настоящее время.${\ Displaystyle \ mathrm {U} + \ mathrm {Pb}}$
• ${\ displaystyle \ lambda = \ lambda _ {\ mathrm {U}}}$ скорость распада урана.
• ${\ displaystyle t}$ - возраст циркона, который хотят определить.

Это дает

${\ displaystyle \ mathrm {U} = \ left (\ mathrm {U} + \ mathrm {Pb} \ right) e ^ {- \ lambda _ {\ mathrm {U}} t},}$

который можно записать как

${\ displaystyle {{\ mathrm {Pb}} \ over {\ mathrm {U}}} = e ^ {\ lambda _ {\ mathrm {U}} t} -1.}$

Наиболее часто используемые цепочки распада урана и свинца дают следующие уравнения:

${\displaystyle {{^{\text{206}}\,\!{\text{Pb}}^{*}} \over {^{\text{238}}\,\!{\text{U}}}}=e^{\lambda _{238}t}-1,}$

( 1 )

${\displaystyle {{^{\text{207}}\,\!{\text{Pb}}^{*}} \over {^{\text{235}}\,\!{\text{U}}}}=e^{\lambda _{235}t}-1.}$

( 2 )

Говорят, что они дают согласованный возраст. ^{[ требуется уточнение ]} Именно эти согласованные возрасты, нанесенные на серию временных интервалов, и образуют согласованную линию. ^[6]

Потеря (утечка) свинца из образца приведет к несоответствию возрастов, определяемых каждой схемой распада. Этот эффект называется рассогласованием и показан на рисунке 1. Если в серии образцов циркона потеряно разное количество свинца, образцы образуют несогласованную линию. Верхняя точка пересечения конкордии и линия дискордии будет отражать исходный возраст формирования, а нижняя точка пересечения будет отражать возраст события, которое привело к поведению открытой системы и, следовательно, к потере свинца; хотя были некоторые разногласия относительно значения более низких возрастов перехвата. ^[6]

Неповрежденный циркон сохраняет свинец, образующийся в результате радиоактивного распада урана и тория, вплоть до очень высоких температур (около 900 ° C), хотя накопленные радиационные повреждения в зонах с очень высоким содержанием урана могут существенно снизить эту температуру. Циркон очень химически инертен и устойчив к механическому выветриванию - смешанное благо для геохронологов, поскольку зоны или даже целые кристаллы могут пережить плавление своей материнской породы с сохранением первоначального свинцово-уранового возраста. Кристаллы циркона с длительной и сложной историей могут, таким образом, содержать зоны совершенно разного возраста (обычно с самой старой и самой молодой зонами, образующими ядро ​​и край кристалла, соответственно), и, таким образом, считается, что они демонстрируют унаследованные характеристики. Раскрытие таких осложнений (которые, в зависимости от максимальной температуры удержания свинца,может также существовать в других минералах) обычно требует микролучевого анализа на месте, например, с помощью ионного микрозонда (ВИМС ) или лазерной ИСП-МС .

См. Также [ править ]

• Свинец – свинец датирование ( датирование Pb – Pb)

Ссылки [ править ]

В Wikibook Historical Geology есть страница по следующим темам: Другие методы изохрон

В Wikibook Historical Geology есть страница по теме: U-Pb, Pb-Pb и датирование по трекам деления.