Spośród wszystkich obecnie stosowanych metod izotopowych datowanie uran-ołów jest najstarszą, a po dokładnym wykonaniu najbardziej niezawodną. W przeciwieństwie do innych metod, uran-ołów ma wbudowaną naturalną kontrolę krzyżową, która pokazuje, kiedy natura sfałszowała dowody.
Podstawy ołowiu-uranu
Uran występuje w dwóch popularnych izotopach o masie atomowej 235 i 238 (nazywamy je 235U i 238U). Oba są niestabilne i radioaktywne, zrzucając cząsteczki jądrowe w kaskadzie, która nie zatrzymuje się, dopóki nie staną się ołowiem (Pb). Dwie kaskady są różne - 235U staje się 207Pb, a 238U staje się 206Pb. Tym, co czyni ten fakt przydatnym, jest to występują one w różnym tempie, wyrażonym w ich okresach półtrwania (czas potrzebny na połowę atomów do rozkład). Kaskada 235U – 207Pb ma okres półtrwania 704 milionów lat, a kaskada 238U – 206Pb jest znacznie wolniejsza, a okres półtrwania wynosi 4,47 miliarda lat.
Kiedy więc formuje się ziarno mineralne (a konkretnie, gdy najpierw ochładza się poniżej temperatury pułapkowania), skutecznie ustawia „zegar” uranowo-ołowiowy na zero. Atomy ołowiu powstałe w wyniku rozpadu uranu są uwięzione w krysztale i gromadzą się wraz z upływem czasu. Jeśli nic nie zakłóca ziarna w celu uwolnienia jakiegokolwiek z tego radiogenicznego ołowiu, datowanie jest proste. W skale sprzed 704 milionów lat 235U ma okres półtrwania i będzie równa liczba 235U i 207Pb atomów (stosunek Pb / U wynosi 1). W skale dwa razy starszej pozostanie jeden atom 235U na każde trzy atomy 207Pb (Pb / U = 3) i tak dalej. Przy 238U stosunek Pb / U rośnie z wiekiem znacznie wolniej, ale idea jest taka sama. Jeśli wziąłeś skały w każdym wieku i narysowałeś ich dwa stosunki Pb / U z ich dwóch par izotopów dla każdego inne na wykresie punkty tworzyłyby piękną linię zwaną concordia (patrz przykład po prawej stronie) kolumna).
Cyrkon w randkach uranowo-ołowiowych
Ulubionym minerałem wśród daterów U-Pb jest cyrkon (ZrSiO4), z kilku dobrych powodów.
Po pierwsze, jego struktura chemiczna lubi uran i nienawidzi ołowiu. Uran łatwo zastępuje cyrkon, podczas gdy ołów jest zdecydowanie wykluczony. Oznacza to, że zegar naprawdę ustawia się na zero, gdy tworzy się cyrkon.
Po drugie, cyrkon ma wysoką temperaturę wychwytywania wynoszącą 900 ° C. Jego zegar nie jest łatwo zakłócany geologiczny zdarzenia - nie erozja lub utrwalenie w skały osadowe, nawet umiarkowany metamorfizm.
Po trzecie, cyrkon jest szeroko rozpowszechniony skały magmowe jako podstawowy minerał. To sprawia, że jest szczególnie cenny w datowaniu tych skał, które nie mają skamielin wskazujących na ich wiek.
Po czwarte, cyrkon jest fizycznie twardy i łatwo oddziela się od próbek pokruszonej skały ze względu na jego wysoką gęstość.
Inne minerały czasami używane do datowania uranowo-ołowiowego obejmują monazyt, tytanit i dwa inne minerały cyrkonu, baddeleyit i cyrkonolit. Cyrkon jest jednak tak popularnym faworytem, że geolodzy często odnoszą się do „datowania cyrkonu”.
Ale nawet najlepsze metody geologiczne są niedoskonałe. Datowanie skały wymaga wielu pomiarów uranu i ołowiu cyrkonie, a następnie ocenę jakości danych. Niektóre cyrkonie są oczywiście zaburzone i można je zignorować, podczas gdy inne sprawy są trudniejsze do oceny. W takich przypadkach diagram konkordii jest cennym narzędziem.
Concordia i Discordia
Zastanów się nad konkordiami: gdy cyrkonie się starzeją, poruszają się na zewnątrz wzdłuż krzywej. Ale teraz wyobraź sobie, że jakieś wydarzenie geologiczne przeszkadza w prowadzeniu ucieczki. To doprowadziłoby cyrkonie na linii prostej do zera na schemacie konkordii. Linia prosta zdejmuje cyrkonie z konkordii.
Tutaj ważne są dane z wielu cyrkonii. Niepokojące zdarzenie wpływa nierównomiernie na cyrkonie, odrywając od niektórych cały ołów, tylko część od innych i pozostawiając część nietkniętą. Wyniki z tych cyrkoni kreślą zatem wzdłuż tej prostej linii, ustanawiając coś, co nazywa się dysordią.
Rozważmy teraz niezgody. Jeśli 1500-milionowa skała zostanie zakłócona w celu stworzenia dyskordii, wówczas nie będzie naruszona przez kolejny miliard lat, cała linia niezgody będzie migrować wzdłuż krzywej konkordii, zawsze wskazując na wiek niepokojenie. Oznacza to, że dane z cyrkonu mogą nam powiedzieć nie tylko, kiedy powstała skała, ale także kiedy nastąpiły znaczące wydarzenia w jej życiu.
Najstarsza znaleziona cyrkonia pochodzi z 4,4 miliarda lat temu. Mając to doświadczenie w metodzie uranowo-ołowiowej, możesz głębiej docenić badania przedstawione na Uniwersytecie Wisconsin w „Najwcześniejszy kawałek ziemi”, w tym Artykuł z 2001 r. W Natura która ogłosiła datę ustanowienia rekordu.