Uran-bly dating

Concordia-diagram, med aldre langs kurven målt i millioner år.

Andrew Alden

Av alle isotopiske dateringsmetoder som brukes i dag, er uran-bly-metoden den eldste og, når den gjøres nøye, den mest pålitelige. I motsetning til alle andre metoder har uran-bly en naturlig krysssjekk innebygd som viser når naturen har tuklet med bevisene.

Grunnleggende om uran-bly

Uran kommer i to vanlige isotoper med atomvekter på 235 og 238 (vi kaller dem 235U og 238U). Begge er ustabile og radioaktive, og avgir kjernefysiske partikler i en kaskade som ikke stopper før de blir til bly (Pb). De to kaskadene er forskjellige - 235U blir 207Pb og 238U blir 206Pb. Det som gjør dette nyttig er at de forekommer med forskjellige hastigheter, uttrykt i halveringstiden deres (tiden det tar før halvparten av atomene forfaller). 235U–207Pb-kaskaden har en halveringstid på 704 millioner år og 238U–206Pb-kaskaden er betydelig langsommere, med en halveringstid på 4,47 milliarder år.

Så når et mineralkorn dannes (spesifikt når det først avkjøles til under fangsttemperaturen), stiller det effektivt uran-bly 'klokken' til null. Blyatomer skapt av uranforfall fanges i krystallen og bygges opp i konsentrasjon med tiden. Hvis ingenting forstyrrer kornet for å frigjøre noe av dette radiogene blyet, er datering enkelt i konseptet. I en 704 millioner år gammel bergart har 235U halveringstid og det vil være like mange 235U og 207Pb atomer (Pb/U-forholdet er 1). I en stein som er dobbelt så gammel vil det være ett 235U-atom igjen for hver tre 207Pb-atomer (Pb/U = 3), og så videre. Med 238U vokser Pb/U-forholdet mye saktere med alderen, men ideen er den samme. Hvis du tok bergarter i alle aldre og plottet deres to Pb/U-forhold fra deres to isotoppar mot hverandre på en graf, ville punktene dannet en vakker linje kalt en concordia (se eksempelet i høyre kolonne).

Zirkon i uran-bly dating

Favorittmineralet blant U-Pb-datere er zirkon (ZrSiO₄) , av flere gode grunner.

For det første liker dens kjemiske struktur uran og hater bly. Uran erstatter lett zirkonium mens bly er sterkt utelukket. Dette betyr at klokken virkelig er satt til null når det dannes zirkon.

For det andre har zirkon en høy fangsttemperatur på 900°C. Klokken blir ikke lett forstyrret av geologisk hendelser – ikke erosjon eller konsolidering i sedimentære bergarter , ikke engang moderat metamorfose .

For det tredje er zirkon utbredt i magmatiske bergarter som et primært mineral. Dette gjør det spesielt verdifullt å datere disse bergartene, som ikke har noen fossiler som indikerer deres alder.

For det fjerde er zirkon fysisk seig og lett å skille fra knuste steinprøver på grunn av dens høye tetthet.

Andre mineraler som noen ganger brukes til uran-bly-datering inkluderer monazitt, titanitt og to andre zirkoniummineraler, baddeleyitt og zirkonolitt. Imidlertid er zirkon en så overveldende favoritt at geologer ofte bare refererer til 'zirkondatering.'

Men selv de beste geologiske metodene er ufullkomne. Datering av en stein innebærer målinger av uran-bly på mange zirkoner , deretter vurdere kvaliteten på dataene. Noen zirkoner er åpenbart forstyrret og kan ignoreres, mens andre saker er vanskeligere å bedømme. I disse tilfellene er concordia-diagrammet et verdifullt verktøy.

Concord og Discord

Tenk på concordia: når zirkoner eldes, beveger de seg utover langs kurven. Men forestill deg nå at en eller annen geologisk hendelse forstyrrer ting for å få blyet til å rømme. Det ville ta zirkonene på en rett linje tilbake til null på concordia-diagrammet. Den rette linjen tar zirkonene av concordiaen.

Det er her data fra mange zirkoner er viktige. Den urovekkende hendelsen påvirker zirkonene ulikt, fjerner all bly fra noen, bare en del av den fra andre og lar noen være urørt. Resultatene fra disse zirkonene plotter derfor langs den rette linjen, og etablerer det som kalles en discordia.

Tenk nå på discordia. Hvis en 1500 millioner år gammel stein blir forstyrret for å skape en discordia, så er den uforstyrret i ytterligere en milliard år, vil hele discordia-linjen migrere langs konkordiaens kurve, og alltid peke på alderen på forstyrrelsen. Dette betyr at zirkondata kan fortelle oss ikke bare når en stein ble dannet, men også når viktige hendelser skjedde i løpet av dens levetid.

Den eldste zirkonen som er funnet er fra 4,4 milliarder år siden. Med denne bakgrunnen i uran-bly-metoden, kan du ha en dypere forståelse av forskningen presentert på University of Wisconsins ' Tidligste stykke av jorden '-siden, inkludert 2001 papir i Natur som annonserte datoen for rekordsetting.