Uranium-Lead Dating

Concordia diagram s vekom pozdĺž krivky meraným v miliónoch rokov.

Andrew Alden

Zo všetkých izotopových metód datovania, ktoré sa dnes používajú, je metóda urán-olovo najstaršia a pri starostlivom vykonaní najspoľahlivejšia. Na rozdiel od akejkoľvek inej metódy, urán-olovo má v sebe zabudovanú prirodzenú krížovú kontrolu, ktorá ukazuje, kedy príroda sfalšovala dôkazy.

Základy urán-olovo

Urán prichádza v dvoch bežných izotopoch s atómovými hmotnosťami 235 a 238 (nazveme ich 235U a 238U). Oba sú nestabilné a rádioaktívne, vylučujú jadrové častice v kaskáde, ktorá sa nezastaví, kým sa nestanú olovom (Pb). Tieto dve kaskády sú odlišné – 235U sa zmení na 207Pb a 238U na 206Pb. Táto skutočnosť je užitočná v tom, že sa vyskytujú rôznymi rýchlosťami, ako je vyjadrené v ich polčasoch rozpadu (čas, ktorý trvá rozpad polovice atómov). Kaskáda 235U–207Pb má polčas rozpadu 704 miliónov rokov a kaskáda 238U–206Pb je podstatne pomalšia, s polčasom rozpadu 4,47 miliardy rokov.

Takže keď sa vytvorí minerálne zrno (konkrétne, keď sa prvýkrát ochladí pod svoju zachytávaciu teplotu), efektívne nastaví „hodiny“ uránu a olova na nulu. Atómy olova vytvorené rozpadom uránu sú zachytené v kryštáli a časom sa koncentrujú. Ak nič nenaruší zrno, aby sa uvoľnilo toto rádiogénne olovo, jeho datovanie je z hľadiska koncepcie jednoduché. V 704 miliónov rokov starej hornine je polčas rozpadu 235U a bude tam rovnaký počet atómov 235U a 207Pb (pomer Pb/U je 1). V dvakrát staršej hornine zostane jeden atóm 235U na každé tri atómy 207Pb (Pb/U = 3) a tak ďalej. S 238U pomer Pb/U rastie s vekom oveľa pomalšie, ale myšlienka je rovnaká. Ak by ste vzali horniny všetkých vekových kategórií a vyniesli ich dva pomery Pb/U z ich dvoch izotopových párov proti sebe do grafu, body by vytvorili krásnu čiaru nazývanú konkordia (pozri príklad v pravom stĺpci).

Zirkón v uránovo-olovnatom datovaní

Obľúbeným minerálom medzi datlermi U-Pb je zirkón (ZrSiO₄) z niekoľkých dobrých dôvodov.

Po prvé, jeho chemická štruktúra má rada urán a neznáša olovo. Urán ľahko nahrádza zirkón, zatiaľ čo olovo je silne vylúčené. To znamená, že hodiny sú skutočne nastavené na nulu, keď sa vytvorí zirkón.

Po druhé, zirkón má vysokú zachytávaciu teplotu 900 °C. Jeho hodiny sa nedajú ľahko vyrušiť geologický udalosti — nie erózia alebo konsolidácia do sedimentárne horniny , ani umiernený metamorfóza .

Po tretie, zirkón je rozšírený magmatické horniny ako primárny minerál. Vďaka tomu je obzvlášť cenný na datovanie týchto hornín, ktoré nemajú žiadne fosílie, ktoré by naznačovali ich vek.

Po štvrté, zirkón je fyzicky húževnatý a ľahko sa oddelí od vzoriek drvených hornín kvôli svojej vysokej hustote.

Medzi ďalšie minerály, ktoré sa niekedy používajú na datovanie uránovo-olova, patrí monazit, titanit a dva ďalšie minerály zirkónu, baddeleyit a zirkonolit. Zirkón je však natoľko obľúbený, že geológovia často hovoria len o „zirkónovom datovaní“.

Ale aj tie najlepšie geologické metódy sú nedokonalé. Datovanie horniny zahŕňa merania uránu a olova na mnohých zirkóny , potom sa posúdi kvalita údajov. Niektoré zirkóny sú zjavne narušené a možno ich ignorovať, iné prípady sa posudzujú ťažšie. V týchto prípadoch je konkordický diagram cenným nástrojom.

Concord a Discord

Zoberme si concordia: ako zirkóny starnú, pohybujú sa smerom von pozdĺž krivky. Ale teraz si predstavte, že nejaká geologická udalosť naruší veci, aby olovo uniklo. Tým by sa zirkóny na priamke vrátili na nulu na diagrame zhody. Rovná línia odoberá zirkóny z concordia.

Tu sú dôležité údaje z mnohých zirkónov. Rušivá udalosť pôsobí na zirkóny nerovnomerne, z niektorých sa zbaví všetkého olova, z iných len jeho časti a niektoré zostanú nedotknuté. Výsledky z týchto zirkónov sa preto vykresľujú pozdĺž tejto priamky a vytvárajú to, čo sa nazýva diskordia.

Teraz zvážte diskordiu. Ak sa naruší 1500 miliónov rokov stará hornina, aby sa vytvorila diskordia, potom je nerušená ďalšiu miliardu rokov, celá línia diskordie bude migrovať pozdĺž krivky konkordie a vždy ukazuje na vek narušenia. To znamená, že údaje o zirkónoch nám môžu povedať nielen to, kedy hornina vznikla, ale aj to, kedy počas jej života došlo k významným udalostiam.

Najstarší doteraz nájdený zirkón pochádza z doby pred 4,4 miliardami rokov. S týmto pozadím v metóde urán-olovo možno budete hlbšie oceniť výskum prezentovaný na univerzite vo Wisconsine. Najstarší kúsok Zeme “, vrátane stránky 2001 papier v Príroda ktorý oznámil dátum vytvorenia rekordu.