Uranium-bly-datering

Av alla isotopiska dateringsmetoder som används idag är uran-blymetoden den äldsta och, när den görs noggrant, den mest pålitliga. Till skillnad från någon annan metod har uran-bly en naturlig korskontroll inbyggd i den som visar när naturen har manipulerat med bevisen.

Grunderna i uran-bly

Uran finns i två vanliga isotoper med atomvikter 235 och 238 (vi kallar dem 235U och 238U). Båda är instabila och radioaktiva och slänger kärnpartiklar i en kaskad som inte slutar förrän de blir bly (Pb). De två kaskaderna är olika-235U blir 207Pb och 238U blir 206Pb. Det som gör detta faktum användbart är att de förekommer i olika hastigheter, uttryckta i deras halveringstid (den tid det tar för hälften av atomerna att förfalla). Kaskaden 235U-207Pb har en halveringstid på 704 miljoner år och kaskaden 238U-206Pb är betydligt långsammare och har en halveringstid på 4,47 miljarder år..

Så när ett mineralkorn bildas (specifikt när det först svalnar under dess fångstemperatur) sätter det effektivt uranledningen "klocka" till noll. Blyatomer skapade av uranförfall fångas i kristallen och byggs upp i koncentration med tiden. Om ingenting stör det kornet för att släppa något av detta radiogena bly, är det enkelt i konceptet. I ett 704 miljoner år gammalt berg är 235U halveringstid och det kommer att finnas ett lika antal 235U och 207Pb atomer (Pb / U-förhållandet är 1). I en sten som är dubbelt så gammal finns det en 235U-atom kvar för varje 207 Pb-atomer (Pb / U = 3), och så vidare. Med 238U växer Pb / U-förhållandet mycket långsammare med åldern, men idén är densamma. Om du tog klippor i alla åldrar och plottade deras två Pb / U-förhållanden från sina två isotoppar mot varandra på en graf, skulle punkterna bilda en vacker linje som kallas en concordia (se exemplet i höger kolumn).

Zirkon i Uranium-Lead Dating

Favoritmineralen bland U-Pb-daters är zirkon (ZrSiO₄), av flera goda skäl.

Först gillar dess kemiska struktur uran och hatar bly. Uran ersätter lätt zirkonium medan bly är starkt uteslutet. Detta betyder att klockan verkligen är noll när zirkon bildas.

För det andra har zirkon en hög fångstemperatur på 900 ° C. Dess klocka störs inte lätt av geologiska händelser - inte erosion eller konsolidering till sedimentära bergarter, inte ens måttlig metamorfism.

För det tredje är zirkon utbredd i stavar som ett primärt mineral. Detta gör det särskilt värdefullt för dejting av dessa stenar, som inte har några fossiler som anger deras ålder.

För det fjärde är zirkon fysiskt tuff och lätt separeras från krossade bergprover på grund av dess höga densitet.

Andra mineraler som ibland används för uran-bly-datering inkluderar monazit, titanit och två andra zirkoniummineraler, baddeleyite och zirconolit. Emellertid är zirkon så överväldigande en favorit att geologer ofta bara hänvisar till "zirkon-datering."

Men även de bästa geologiska metoderna är ofullkomliga. Att datera en sten involverar uran-blymätningar på många zirkoner och sedan bedöma kvaliteten på uppgifterna. Vissa zirkoner störs uppenbarligen och kan ignoreras, medan andra fall är svårare att bedöma. I dessa fall är concordia-diagrammet ett värdefullt verktyg.

Concordia och Discordia

Tänk på concordia: när zirkoner åldras, rör sig de utåt längs kurvan. Men föreställ dig nu att någon geologisk händelse stör störningar för att få ledningen att fly. Det skulle ta zirkonerna på en rak linje tillbaka till noll på concordia-diagrammet. Den raka linjen tar zirkonerna från concordiaen.

Det är här data från många zirkoner är viktiga. Den störande händelsen påverkar zirkonerna på ett ojämnt sätt, avlägsnar alla bly från några, endast en del av det från andra och lämnar några orörda. Resultaten från dessa zirkoner plottar därför längs den raka linjen och fastställer vad som kallas diskordia.

Tänk nu på diskordierna. Om en 1500 miljoner år gammal sten störs för att skapa en discordia, då är ostörd i ytterligare en miljard år, kommer hela discordia-linjen att migrera längs konkordiens kurva, alltid pekande på störningens ålder. Detta betyder att zirkondata inte bara kan berätta när en berg bildades, utan också när betydande händelser inträffade under dess liv.

Den äldsta zirkon som hittades hittills är från 4,4 miljarder år sedan. Med den här bakgrunden i uran-bly-metoden kan du ha en djupare uppskattning av forskningen som presenteras på University of Wisconsin: s "Tidligaste bit av jorden", inklusive 2001 års uppsats i Natur som tillkännagav inspelningsdatumet.