Уран-свинец датирование - Uranium–lead dating

Уран-свинец датирование, сокращенно U – Pb знакомства, является одним из старейших^[1] и самый изысканный из радиометрическое датирование схемы. Его можно использовать для датирования горных пород, которые сформировались и кристаллизовались в период от 1 миллиона до более 4,5 миллиардов лет назад с обычной точностью в диапазоне 0,1–1%.^[2][3]

Метод обычно применяется к циркон. Этот минерал содержит уран и торий атомы в его Кристальная структура, но категорически отвергает вести при формировании. В результате новообразованные отложения циркона не будут содержать свинца, а это означает, что любой свинец, обнаруженный в минерале, будет радиогенный. Поскольку точная скорость распада урана на свинец известна, текущее отношение свинца к урану в образце минерала можно использовать для надежного определения его возраста.

Метод основан на двух отдельных цепочки распада, то урановая серия из ²³⁸U к ²⁰⁶Pb, с период полураспада 4,47 миллиарда лет и актиниевый ряд из ²³⁵U к ²⁰⁷Pb с периодом полураспада 710 миллионов лет.

Маршруты распада

Уран распадается на вести через серию альфа (и бета ) распадается, в котором ²³⁸Ты с дочерью нуклиды претерпевают всего восемь альфа и шесть бета-распадов, тогда как ²³⁵У U с дочерьми только семь альфа- и четыре бета-распада.^[4]

Существование двух «параллельных» маршрутов распада урана и свинца (²³⁸U к ²⁰⁶Pb и ²³⁵U к ²⁰⁷Pb) приводит к множеству методов датирования в рамках всей системы U – Pb. Период, термин U – Pb знакомства обычно подразумевает совместное использование обеих схем распада в «диаграмме конкордии» (см. ниже).

Однако использование схемы однократного распада (обычно ²³⁸U к ²⁰⁶Pb) приводит к методу U – Pb изохронного датирования, аналогичному методу рубидий-стронциевый датирование метод.

Наконец, возраст может быть определен по системе U – Pb путем анализа только изотопных отношений Pb. Это называется Свидание-свидание метод. Клер Кэмерон Паттерсон, американский геохимик, пионер исследования уран-свинцовых методов радиометрического датирования, использовал его для получения одной из самых ранних оценок возраст Земли.

Минералогия

Несмотря на то что циркон (ZrSiO₄), другие минералы, такие как монацит (видеть: монацит геохронология ), титанит, и бадделеит также можно использовать.

Если 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 огненный и метаморфический минералы, традиционно используемые для определения возраста, но чаще встречаются в геологической летописи.

Механизм

В течение альфа-распад Шагах 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 исходного положения в решетке циркона.

В областях с высокой концентрацией родительского изотопа повреждение кристаллическая решетка является довольно обширным и часто соединяется между собой, образуя сеть радиационно поврежденных участков.^[4] Следы деления а микротрещины внутри кристалла еще больше увеличивают сеть радиационных повреждений.

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

Вычисление

В условиях, когда не происходило никаких потерь или прироста свинца из внешней среды, возраст циркона можно рассчитать, приняв экспоненциальный спад урана. Это

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

где

• ${ Displaystyle N _ { mathrm {Сейчас}} = mathrm {U}}$ это количество атомов урана, измеренное сейчас.
• ${ displaystyle N _ { mathrm {Orig}}}$ количество атомов урана в исходном состоянии, равное сумме атомов урана и свинца. ${ Displaystyle mathrm {U} + mathrm {Pb}}$ измеряется сейчас.
• ${ displaystyle lambda = lambda _ { mathrm {U}}}$ - 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 разъяснение ]} Именно эти согласованные возрасты, нанесенные на серию временных интервалов, 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]

Рисунок 1: Диаграмма Concordia для данных, опубликованных Mattinson^[5] для образцов циркона из гор Кламат в Северной Калифорнии. Возраст конкордией увеличивается с шагом в 100 миллионов лет.

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. Таким образом, кристаллы циркона с длительной и сложной историей могут содержать зоны совершенно разного возраста (обычно с самой старой и самой молодой зонами, образующими сердцевину и край кристалла, соответственно), и, таким образом, считается, что они демонстрируют унаследованные характеристики. Выявление таких осложнений (которые, в зависимости от их максимальной температуры удержания свинца, могут также существовать в других минералах) обычно требует анализа микропучков на месте с помощью, например, ионного микрозонда (SIMS ) или лазер ИСП-МС.

Смотрите также

• Свидание со свинцом (Pb – Pb датировка)

использованная литература