Seznamování na bázi uranu - Uranium–lead dating
Seznamování uranem a olovem , zkráceně datování U – Pb , je jedním z nejstarších a nejjemnějších z radiometrických seznamovacích schémat. Lze jej použít k datování hornin, které se vytvořily a krystalizovaly přibližně před 1 milionem let až více než 4,5 miliardami let s rutinními přesnostmi v rozmezí 0,1–1 procent.
Tato metoda se obvykle používá pro zirkon . Tento minerál začleňuje do své krystalové struktury atomy uranu a thoria , ale při tváření silně odmítá olovo . V důsledku toho nově vytvořené usazeniny zirkonu nebudou obsahovat olovo, což znamená, že jakékoli olovo nalezené v minerálu je radiogenní . Protože je známa přesná rychlost, jakou se uran rozpadá na olovo, lze ke spolehlivému určení jeho stáří použít aktuální poměr olova k uranu ve vzorku minerálu.
Metoda se opírá o dva oddělené rozpadové řetězce , řadu uranu od 238 U do 206 Pb, s poločasem rozpadu 4,47 miliardy let a řadu aktinia od 235 U do 207 Pb s poločasem rozpadu 710 milionů let.
Trasové trasy
Uranu rozpadá na vést přes sérii alfa (a beta ), se rozkládá, ve kterém 238 U s dceřinými nuklidy podrobit celkem osm alfa a beta šest rozpady vzhledem k tomu, 235 U s dcer pouze nastat sedm alfa a beta čtyři rozpady.
Existence dvou „paralelních“ cest rozpadu uranu a olova ( 238 U až 206 Pb a 235 U až 207 Pb) vede k více technikám datování v rámci celého systému U – Pb. Termín datování U – Pb normálně znamená sdružené použití obou schémat rozpadu v „konkordiálním diagramu“ (viz níže).
Použití jediného schématu rozpadu (obvykle 238 U až 206 Pb) však vede k izochronové datovací metodě U – Pb, analogické metodě datování rubidium – stroncium .
Věk lze nakonec také určit ze systému U – Pb analýzou samotných poměrů izotopů Pb. Tomu se říká metoda seznamování olovo - olovo . Clair Cameron Patterson , americký geochemik, který byl průkopníkem studií metod radiometrického datování uranového olova, pomocí něj získal jeden z prvních odhadů stáří Země .
Mineralogie
Ačkoli se nejčastěji používá zirkon (ZrSiO 4 ), lze použít i jiné minerály, jako je monazit (viz: geochronologie monazitu ), titanit a baddeleyit .
Tam, kde se nevyskytují krystaly, jako je zirkon s inkluzí uranu a thoria, byly také použity metody datování uranu a olova na jiné minerály, jako je kalcit / aragonit a jiné karbonátové minerály . Tyto druhy minerálů často produkují věky s nižší přesností než magmatické a metamorfní minerály tradičně používané pro datování věku, ale jsou častější v geologickém záznamu.
Mechanismus
Během kroků rozpadu alfa dochází ke krystalu zirkonu radiačním poškozením, spojeným s každým rozpadem alfa. Toto poškození je nejvíce koncentrováno kolem mateřského izotopu (U a Th), což vylučuje dceřiný izotop (Pb) ze své původní polohy v zirkonové mřížce.
V oblastech s vysokou koncentrací mateřského izotopu je poškození krystalové mřížky poměrně rozsáhlé a často se propojí a vytvoří síť oblastí poškozených zářením. Štěpné stopy a mikrotrhlinky v krystalu tuto síť poškození radiaci dále rozšíří.
Tyto štěpné dráhy působí jako potrubí hluboko v krystalu a poskytují způsob transportu, který usnadňuje vyluhování izotopů olova ze krystalu zirkonu.
Výpočet
Za podmínek, kdy nedošlo k žádné ztrátě olova nebo zisku z vnějšího prostředí, lze stáří zirkonu vypočítat za předpokladu exponenciálního rozpadu uranu. To je
kde
- je počet naměřených atomů uranu.
- je počet atomů uranu původně - roven součtu atomů uranu a olova měřených nyní.
- je rychlost rozpadu uranu.
- je věk zirkonu, který chce člověk určit.
To dává
které lze zapsat jako
Běžněji používané rozpadové řetězce uranu a olova poskytují následující rovnice:
-
( 1 )
-
-
( 2 )
-
Říká se, že poskytují shodné stáří (t z každé rovnice 1 a 2). Právě tyto shodné věky, vykreslené v sérii časových intervalů, vedou ke shodné linii.
Ztráta (únik) olova ze vzorku bude mít za následek nesrovnalosti ve věku určeném každým schématem rozpadu. Tento účinek se označuje jako nesoulad a je ukázán na obrázku 1. Pokud řada vzorků zirkonu ztratila různá množství olova, vzorky generují nesouhlasnou linii. Horní zachycení konkordie a linie discordia bude odrážet původní věk formace, zatímco spodní intercept bude odrážet věk události, která vedla k chování otevřeného systému, a tedy ztrátu svodu; i když došlo k určitým neshodám ohledně smyslu věků nižších odposlechů.
Nepoškozený zirkon zadržuje olovo generované radioaktivním rozpadem uranu a thoria až do velmi vysokých teplot (asi 900 ° C), ačkoli nahromaděné radiační poškození v zónách velmi vysokého uranu může tuto teplotu podstatně snížit. Zirkon je velmi chemicky inertní a odolný vůči mechanickému zvětrávání-což je pro geochronology smíšené požehnání, protože zóny nebo dokonce celé krystaly mohou přežít tavení své matečné horniny s původním neporušeným věkem olova. Krystaly zirkonu s prodlouženou a složitou historií tak mohou obsahovat zóny dramaticky rozdílného stáří (obvykle s nejstaršími a nejmladšími zónami tvořícími jádro a okraj krystalu), a proto se říká, že vykazují zděděné vlastnosti. Rozuzlení takových komplikací (které, v závislosti na jejich maximální retenční teplotě olova, může existovat i v jiných minerálech) obecně vyžaduje analýzu in-situ mikro-paprskem, řekněme pomocí iontové mikrosonda ( SIMS ) nebo laserového ICP-MS .
Viz také
Reference