O zmenkih z uranom in svincem

Med vsemi izotopskimi metodami datiranja, ki jih danes uporabljamo, je metoda svinčevega urana najstarejša in, ko je skrbno izvedena, najbolj zanesljiva. Za razliko od katere koli druge metode ima uran-svinec vgrajen naravni navzkrižni pregled, ki kaže, kdaj je narava posegla v dokaze.

Uran prihaja v dveh običajnih izotopih z atomsko maso 235 in 238 (poimenovali jih bomo 235U in 238U). Obe sta nestabilni in radioaktivni, ki v jedro, ki ne prenehata, dokler ne postaneta svinca (Pb), odmetavata jedrske delce. Dve kaskadi sta različni - 235U postane 207Pb, 238U pa 206Pb. Zaradi tega je to dejstvo koristno se pojavljajo z različno hitrostjo, izraženo v njihovi razpolovni dobi (čas, ki je potreben za polovico atomov do razpad). Razpolovna doba kaskade 235U – 207Pb je 704 milijonov let, kaskada 238U – 206Pb pa počasnejša, razpolovna doba znaša 4,47 milijarde let.

Ko torej nastane mineralno zrno (natančneje, ko se prvič ohladi pod svojo zadrževalno temperaturo), dejansko nastavi "uro" uranovega svinca na nič. Svinčevi atomi, ki nastanejo pri razpadu urana, se ujamejo v kristal in se koncentrirajo s časom. Če nič ne moti zrnja, da sprosti katerega koli od teh radiogenih svincev, je to pojem poenostavljen. V 704 milijonov let stari kamnini je 235U razpolovna doba, v njem bo enako število atomov 235U in 207Pb (razmerje Pb / U je 1). V skali, dvakrat starejši, bo na vsake tri atome 207Pb (Pb / U = 3) ostal en 235U atom itd. Z 238U razmerje Pb / U s starostjo raste veliko počasneje, vendar je ideja enaka. Če ste vzeli kamnine vseh starosti in narisali njihova dva razmerja Pb / U iz njunih dveh izotopskih parov razen na grafu bi točke tvorile lepo črto, imenovano konkordia (glej primer na desni stolpec).

Med priljubljenimi minerali U-Pb je mineral cirkon (ZrSiO₄), iz več dobrih razlogov.

Prvič, njegova kemična struktura ima rad uran in sovraži svinec. Uran zlahka nadomesti cirkonij, medtem ko je svinec močno izključen. To pomeni, da je ura resnično nastavljena na nič, ko nastane cirkon.

Drugič, cirkon ima visoko lovilno temperaturo 900 ° C. Njegove ure ne moti enostavno geološki dogodki - ne erozije ali utrditve sedimentne kamnine, niti zmerno metamorfizem.

Tretjič, cirkon je zelo razširjen v magnetne kamnine kot primarni mineral. To je še posebej dragoceno za datiranje teh kamnin, na katerih ni fosilov, ki bi lahko nakazovali njihovo starost.

Četrtič, cirkon je zaradi visoke gostote fizično trd in se zlahka loči od vzorcev zdrobljenih kamnin.

Drugi minerali, ki se včasih uporabljajo za datiranje urana s svincem, vključujejo monazit, titanit in dva druga cirkonijeva minerala, baddelejit in cirkonolit. Vendar je cirkon tako nadvse priljubljen, da ga geologi pogosto navajajo le na "zmenke s cirkoni".

Toda tudi najboljše geološke metode so nepopolne. Davanje kamnine vključuje številne meritve urana-svinca cirkoni, nato pa ocenite kakovost podatkov. Nekateri cirkoni so očitno moteni in jih je mogoče prezreti, medtem ko je druge primere težje presoditi. Diagram Concordia je v teh primerih dragoceno orodje.

Razmislite o konkordiji: s starostjo cirkonov se gibljejo navzven po krivulji. Toda zdaj si predstavljajte, da neki geološki dogodek moti stvari, da bi vodilni pobegnil. Zaradi tega bi bili cirkoni na ravni črti nazaj na nič na diagramu konkordije. Ravna črta odvaja cirkone od konkordije.

Tu so pomembni podatki iz številnih cirkonov. Moteč dogodek učinkuje na cirkone neenakomerno, saj odvzame vsa svinca od nekaterih, le del njih od drugih, nekatere pa pusti nedotaknjene. Rezultati teh cirkonov se zato narišejo po tej premici in vzpostavijo, kaj se imenuje diskordija.

Zdaj razmislite o diskordiji. Če je 1500 milijonov let stara skala moteča, da bi ustvarila diskordijo, potem ne moti še milijardo let, celotna linija diskordija se bo selila po krivulji konkordije, ki vedno kaže na starost motnja. To pomeni, da nam podatki o cirkonu lahko povedo ne samo, kdaj se je stena oblikovala, ampak tudi, kdaj so se v njenem življenju zgodili pomembni dogodki.

Najstarejši cirkon, ki so ga še našli, izhaja izpred 4,4 milijarde let. Glede na to, kako se uporablja metoda urana-svinca, boste morda bolj cenili raziskave, predstavljene na univerzi v Wisconsinu. "Najstarejši kos Zemlje", vključno s 2001 papir v Narava ki je napovedal datum nastavitve zapisa.