Metoda de datare cu uraniu-plumb

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

Metoda de datare cu uraniu-plumb , adesea abreviată cu datarea U-Pb , este o metodă de datare radiometrică bazată pe măsurarea abundențelor relative ale izotopilor de uraniu și plumb .

Prezentare generală

Proiectat de BB Boltwood în 1907, [1] uraniu-plumb este una dintre cele mai vechi și mai utilizate metode de datare, eficiente în datarea rocilor care s-au format și s-au cristalizat de la un milion la peste 4,5 miliarde de ani în urmă, [2] cu o precizie de 0,1-1%. [3]

Deși poate fi utilizat pentru diferite materiale, această metodă de datare este de obicei utilizată pe zirconul mineral (ZrSiO 4 ). Zircon încorporează atomi de uraniu și toriu în structura sa cristalină, înlocuindu-i cu zirconiu , respingând în schimb cei de plumb . Prin urmare, se poate presupune că tot plumbul găsit într-un cristal de zircon dat este radiogen , adică a fost produs în totalitate printr-un proces de dezintegrare radioactivă care a avut loc după formarea mineralului. În acest fel, raportul dintre plumb și uraniu prezent în mineral poate fi utilizat pentru a determina vârsta acestuia din urmă. Metoda se bazează de fapt pe două lanțuri diferite de dezintegrare , seria uraniului de la 238 U la 206 Pb, cu un timp de înjumătățire de aproximativ 4,5 miliarde de ani, și seria de actiniu de la 235 U la 207 Pb, cu un timp de înjumătățire de aproximativ 710 milioane de ani.
Faptul că zirconul este destul de inert din punct de vedere chimic și că este, de asemenea, destul de rezistent la agenții atmosferici, înseamnă că zone întregi, dacă nu cristale întregi, ale acestui mineral pot supraviețui oricărei eroziuni sau distrugeri a rocii menționate mai sus. sunt parte, păstrând intact conținutul lor original de uraniu și plumb. Cristalele de zircon cu istorii complexe în spatele lor pot conține zone de vârste foarte diferite și pot forma, în timpul evenimentelor metamorfice, straturi de cristale multiple, fiecare dintre acestea putând înregistra vârsta izotopică a evenimentului. De obicei, pentru a înțelege pe deplin astfel de situații complicate, se efectuează analize pe micro-probe folosind tehnici de spectrometrie de masă precum ICP-MS sau SIMS . [4]

Lanțuri de descompunere

Lanțurile de dezintegrare menționate mai sus de la uraniu la plumb se dezvoltă printr-o serie de dezintegrări alfa și beta , în care 238 U și produsele sale de dezintegrare suferă un total de opt dezintegrări alfa și șase beta, în timp ce 235 U și produsele sale suferă doar șapte dezintegrări alfa și patru beta se descompune. [5]

Existența a două lanțuri paralele de dezintegrare a uraniului-plumb înseamnă că există și diferite tehnici de datare bazate pe sistemul U-Pb, cu toate acestea, expresia „metoda de datare a uraniului-plumb” se referă la metoda în care se analizează ambele scheme de decădere în realizarea așa-numitei „diagrame de concordanță” (sau „concordanță”). [6]

Vârstele pot fi, de asemenea, uneori determinate de sistemul uraniu-plumb prin analiza raporturilor izotopice de plumb numai, în ceea ce se numește „ metoda de datare plumb-plumb ”. Acesta din urmă găsește o utilizare mai mare, comparativ cu metoda de uraniu-plumb, în ​​anumite situații particulare, cum ar fi calculul vârstei meteoriților sau a vârstei Pământului . Una dintre primele estimări ale epocii planetei noastre a fost făcută folosind metoda datării plumb-plumb de către geochimistul american Clair Cameron Patterson , pionier al tehnicii de datare uraniu-plumb. [7]

Mineralogie

După cum sa menționat, această metodă datare este utilizat de obicei pe mineral zirconiului (ZrSiO 4) , dar este , de asemenea , utilizat cu alte minerale , cum ar fi monazitul , titanite și baddeleite . Tehnicile bazate pe datarea cu uraniu-plumb au fost utilizate și pe minerale precum calcitul / aragonitul și alți carbonați. Acest tip de minerale oferă, în general, rezultate mai puțin exacte decât cele returnate din mineralele magmatice sau metamorfice, utilizate în mod tradițional în datare, dar sunt cele mai frecvente printre descoperirile geologice.

Interacțiunea dintre mineralogie și dezintegrarea radioactivă

În timpul diferitelor etape ale descompunerii alfa, cristalul de zircon suferă daune de radiație asociate cu fiecare descompunere alfa. Această deteriorare este concentrată în cea mai mare parte în jurul izotopului părinte (uraniu și toriu) și se datorează expulzării izotopului copilului (plumb) din poziția sa inițială în rețeaua de cristal. De fapt, din aceste expulzări rezultă că în zonele cu o concentrație mare de izotop părinte, deteriorarea matricei cristaline este destul de extinsă, deoarece diferitele goluri se interconectează pentru a forma rețele de zone deteriorate, [5] care la rândul lor , prin interconectare, conduc la formarea de micro-fisuri și urme de fisiune care acționează ca conducte adânci în cristal, oferind o metodă de transport care facilitează pierderea izotopilor de plumb din cristalul de zircon. [8] Tocmai pentru că această pierdere de izotopi de plumb ar putea duce la erori în evaluarea vârstei eșantionului, faptul de a putea utiliza două lanțuri diferite de decădere este prețios, deoarece oferă o verificare încrucișată care permite încă precizia determinarea vârstei.

Cristalele de zircon nedeteriorate rețin atomii de plumb generați prin decăderea radioactivă a uraniului și toriului până la o temperatură de aproximativ 900 ° C, în timp ce daunele menționate mai sus acumulate în jurul zonelor cu un conținut ridicat de uraniu pot reduce semnificativ această temperatură.

Detalii

În cazul în care nu există condiții care să ducă la pierderea sau achiziționarea plumbului din mediul extern, vârsta cristalului de zircon poate fi calculată presupunând o descompunere exponențială a uraniului. Sau:

unde este:

  • este numărul de atomi de uraniu măsurați astăzi.
  • este numărul de atomi de uraniu inițial - egal cu suma atomilor de uraniu și plumb măsoară-te azi.
  • este rata de degradare a uraniului.
  • este vârsta zirconiului, adică mărimea care trebuie determinată.

Asta da:

care poate fi scris ca:

Cele mai frecvent utilizate lanțuri de dezintegrare a uraniului și plumbului dau următoarele ecuații:

Graficând relațiile găsite cu o serie de intervale de timp, se obține „diagrama concordiei” menționată mai sus. [6] [9] În cazul în care raporturile izotopice măsurate într-o probă de rocă sunt poziționate pe curbă, acest lucru asigură faptul că cele două lanțuri diferite oferă valori de vârstă concordante.

Dacă a existat o pierdere a plumbului din diferitele minerale, acest lucru duce la o discrepanță în vârstele determinate cu diferitele lanțuri de degradare. În acest caz, punctul va ieși din curbă, în partea sa concavă. Prin separarea diferitelor minerale, se poate arăta că punctele obținute se află pe o linie dreaptă, așa-numita „discordie dreaptă”. Intersecția acestei linii cu curba de concordanță produce două valori importante, de fapt, proiecția pe axa temporală a punctului de intersecție cel mai mic indică epoca în care a existat pierderea plumbului, în timp ce proiecția punctului de intersecție cea mai înaltă revine vârsta eșantionului. [6] [9]

Diagrama concordantă a datelor publicate de Mattinson [8] referitoare la un eșantion de zircon din Munții Klamath , în nordul Californiei. Fiecare punct de pe curba de concordanță reprezintă o creștere de o sută de milioane de ani.

Notă

  1. ^ BB Boltwood, Despre produsele de dezintegrare finale ale elementelor radioactive. Partea a II-a. Produsele de dezintegrare a uraniului , în American Journal of Science , n. 23, 1907, pp. 77-88.
  2. ^ Blair Schoene, U - Th - Pb Geochronology ( PDF ), Universitatea Princeton, 2014. Accesat la 10 iulie 2018 .
  3. ^ Randall R. Parrish și Stephen R. Noble, Zircon U-Th-Pb Geochronology by Isotope Dilution - Thermal Ionization Mass Spectrometry (ID-TIMS) , în J. Hanchar și P. Hoskin (eds), In Zircon , Mineralogical Society of America, 2003, pp. 183-213.
  4. ^ Trevor Ireland, Isotope Geochemistry: New Tools for Isotopic Analysis , în Știință , vol. 286, nr. 5448, decembrie 1999, pp. 2289-2290.
  5. ^ a b RL Romer, Alfa-recul în geocronologie U-Pb: Dimensiunea eficientă a eșantionului contează. , în Mineralogie și Petrologie , vol. 145, nr. 4, 2003, pp. 481-491.
  6. ^ a b c I. Guerra, Diagrama Concordia ( PDF ), pe fis.unical.it , Universitatea din Calabria, 2013. Accesat la 10 iulie 2018 .
  7. ^ Clair Cameron Patterson, Epoca meteoriților și a Pământului , în Geochim. Cosmochim. Acta , vol. 10, 1956, pp. 230-7.
  8. ^ a b JM Mattinson, Zircon U-Pb Metoda de abraziune chimică (CA-TIMS): Analiză combinată de recoacere și dizolvare în mai multe etape pentru o mai bună precizie și precizie a vârstelor zirconului , în Chemical Geology , n. 220, 2005, pp. 47-66.
  9. ^ a b AP Dickin, Radiogenic Isotope Geology , ediția a doua, Cambridge University Press, 2005, p. 101 .

linkuri externe