За запознанствата с олово-олово

От всички изотопни методи за датиране, използвани днес, методът на оран-олово е най-старият и, когато се прави внимателно, най-надеждният. За разлика от всеки друг метод, уран-оловото има вградена естествена кръстосана проверка, която показва кога природата е подправена с доказателствата.

уран идва в два общи изотопа с атомни тегла 235 и 238 (ще ги наречем 235U и 238U). И двете са нестабилни и радиоактивни, хвърляйки ядрени частици в каскада, която не спира, докато не станат оловни (Pb). Двете каскади са различни - 235U става 207Pb, а 238U става 206Pb. Това, което прави този факт полезен, е това те се проявяват с различна скорост, изразена в полуживота им (времето, необходимо за половината атоми до гниене). Каскадата 235U – 207Pb има период на полуразпад 704 милиона години, а каскадата 238U – 206Pb е значително по-бавна, с период на полуразпад от 4,47 милиарда години.

Така че, когато се образува минерално зърно (по-специално, когато за първи път се охлади под температурата му на улавяне), той ефективно задава "часовника" на уран-олово на нула. Оловните атоми, създадени при разпадането на уран, се улавят в кристала и се натрупват в концентрация с времето. Ако нищо не пречи на зърното да освободи някой от този радиогенен олово, датирането му е ясно в концепцията. В 704 милиона годишна скала 235U е в своя полуживот и ще има равен брой атоми 235U и 207Pb (съотношението Pb / U е 1). В една скала, два пъти по-стара, ще остане по един атом 235U за всеки три 207Pb атома (Pb / U = 3) и т.н. С 238U съотношението Pb / U нараства много по-бавно с възрастта, но идеята е същата. Ако сте взели скали от всички възрасти и начертаете техните две съотношения Pb / U от двете им двойки изотопи срещу всеки друго на графика, точките ще образуват красива линия, наречена конкордия (вижте примера вдясно колона).

Любимият минерал сред U-Pb датерите е циркон (ZrSiO₄), поради няколко добри причини.

Първо, химическата му структура харесва уран и мрази оловото. Уранът лесно замества циркония, докато оловото е силно изключено. Това означава, че часовникът е наистина настроен на нула, когато се образува циркон.

Второ, цирконът има висока температура на улавяне от 900 ° C. Часовникът му не се смущава лесно геоложката събития - не ерозия или консолидация утаени скали, дори не умерено метаморфизъм.

Трето, цирконът е широко разпространен през магматични скали като основен минерал. Това го прави особено ценен за датирането на тези скали, които нямат фосили, които да сочат тяхната възраст.

Четвърто, цирконът е физически труден и лесно се отделя от проби от натрошени скали поради високата си плътност.

Други минерали, които понякога се използват за датиране на оран-олово, включват моназит, титанит и два други минерала цирконий, бадделейит и цирконолит. Въпреки това, цирконът е толкова завладяващ фаворит, че геолозите често просто се позовават на „запознанства с циркон“.

Но дори и най-добрите геоложки методи са несъвършени. Датирането на скала включва измервания на олово-олово на много циркони, след това оценка на качеството на данните. Някои циркони очевидно са нарушени и могат да бъдат игнорирани, докато други случаи са по-трудни за преценка. В тези случаи диаграмата на конкордия е ценен инструмент.

Помислете за конкордия: с възрастта на цирконите те се движат навън по кривата. Но сега си представете, че някакво геологично събитие смущава нещата, за да накара водещите да избягат. Това би отнесло цирконите по права линия обратно към нулата на конкордиалната диаграма. Правата линия отвежда цирконите от конкордия.

Тук са важни данните от много циркони. Тревожното събитие се отразява неравномерно на цирконите, отнемайки цялото олово от едни, само част от него от други и оставяйки някои недокоснати. Следователно резултатите от тези циркони се очертават по тази права линия, установявайки това, което се нарича дискордия.

Сега помислете за дискордиите. Ако скалата на 1500 милиона години е нарушена, за да създаде дискордия, тогава тя е необезпокоявана още милиард години, цялата дискордийна линия ще мигрира по кривата на конкордия, винаги сочейки възрастта на смущения. Това означава, че данните за циркон могат да ни кажат не само кога се е образувала скала, но и кога са се случили значими събития през живота й.

Най-старият открит циркон все още е от 4.4 милиарда години. При този опит в метода на уран-олово може да оцените по-дълбоко от изследванията, представени в Университета на Уисконсин "Най-ранната част от Земята", включително 2001 хартия в природа който обяви датата за определяне на записа.