Mètode de datació d’urani-plom

De la Viquipèdia, l'enciclopèdia lliure.
Saltar a la navegació Saltar a la cerca

El mètode de datació d’urani-plom , sovint abreujat amb datació U-Pb , és un mètode de datació radiomètric basat en la mesura de les abundàncies relatives d’ isòtops d’ urani i plom .

Visió general

Dissenyat per BB Boltwood el 1907, [1] l’ urani-plom és un dels mètodes de datació més antic i més utilitzat, eficaç en la datació de roques que es van formar i cristal·litzar des d’un milió fins fa més de 4.500 milions d’anys, [2] amb una precisió de 0,1-1%. [3]

Tot i que es pot utilitzar per a diferents materials, aquest mètode de datació se sol utilitzar en el zircó mineral (ZrSiO 4 ). Zircon incorpora àtoms d’ urani i tori a la seva estructura cristal·lina, substituint-los per zirconi , rebutjant els de plom . Per tant, es pot suposar que tot el plom que es troba en un determinat cristall de zircó és radiogènic , és a dir, que va ser produït completament per un procés de desintegració radioactiva que es va produir després de la formació del mineral. D’aquesta manera, es pot utilitzar la proporció de plom i urani present en el mineral per determinar l’edat d’aquest. De fet, el mètode es basa en dues cadenes de desintegració diferents, la sèrie d’urani de 238 U a 206 Pb, amb una vida mitjana d’uns 4.500 milions d’anys, i la sèrie d’ actini de 235 U a 207 Pb, amb una vida mitjana de uns 710 milions d’anys.
El fet que el zircó sigui força inert des del punt de vista químic i que també sigui força resistent als agents atmosfèrics, significa que zones senceres, si no cristalls sencers, d’aquest mineral poden sobreviure a qualsevol erosió o destrucció de la roca esmentada anteriorment. formen part mentre mantenen intacte el contingut original d’urani i plom. Els cristalls de zircó amb històries complexes al darrere poden contenir zones d’edats molt diferents i poden formar, durant esdeveniments metamòrfics, capes de múltiples cristalls, cadascun dels quals pot registrar l’edat isotòpica de l’esdeveniment. Normalment, per comprendre plenament situacions tan complicades, es realitzen anàlisis de micro-mostres mitjançant tècniques d’espectrometria de masses com ICP-MS o SIMS . [4]

Cadenes de decadència

Les esmentades cadenes de desintegració de l’urani al plom es desenvolupen a través d’una sèrie de desintegracions alfa i beta , en què 238 U i els seus productes de desintegració experimenten un total de vuit desintegracions alfa i sis beta, mentre que 235 U i els seus productes només experimenten set desintegracions alfa i quatre la beta es desintegra. [5]

L’existència de dues cadenes paral·leles de desintegració d’urani-plom significa que també hi ha diferents tècniques de datació basades en el sistema U-Pb, però l’expressió “mètode de datació d’urani-plom” es refereix al mètode en què s’analitzen els dos esquemes de desintegració a la realització de l'anomenat "diagrama de concordança" (o "concordança"). [6]

De vegades, les edats també es poden determinar pel sistema urani-plom mitjançant l’anàlisi de les relacions d’isòtops de plom sols, en el que s’anomena “ mètode de datació de plom-plom ”. Aquest darrer troba un major ús, en comparació amb el mètode d’urani-plom, en algunes situacions particulars, com el càlcul de l’edat dels meteorits o l’ edat de la Terra . Una de les primeres estimacions de l’edat del nostre planeta es va fer mitjançant el mètode de datació de plom-plom per part del geoquímic nord-americà Clair Cameron Patterson , pioner de la tècnica de datació de plom-urani. [7]

Mineralogia

Com s’ha esmentat, aquest mètode de datació s’utilitza generalment en el zircó mineral (ZrSiO 4 ), però també s’utilitza amb altres minerals com la monazita , la titanita i la badeleiita . Les tècniques basades en la datació d’urani-plom també s’han utilitzat en minerals com la calcita / aragonita i altres carbonats. Aquest tipus de minerals generalment proporciona resultats menys precisos que els retornats de minerals ígnies o metamòrfics, tradicionalment utilitzats en datacions, però són els més freqüents entre les troballes geològiques.

Interacció entre mineralogia i desintegració radioactiva

Durant les diverses etapes de la desintegració alfa, el cristall de zircó pateix danys per radiació associats a cada desintegració alfa. Aquest dany es concentra principalment al voltant de l’isòtop progenitor (urani i tori) i es deu a l’expulsió de l’isòtop infantil (plom) de la seva posició original a la xarxa cristal·lina. De fet, d’aquestes expulsions es desprèn que a les zones amb una alta concentració d’isòtop pare, el dany a la matriu cristal·lina és bastant extens, ja que els diversos buits s’interconnecten per formar xarxes de zones danyades, [5] que al seu torn , mitjançant la interconnexió, condueixen a la formació de microesquerdes i rastres de fissió que actuen com a conductes profunds dins del cristall, proporcionant un mètode de transport que facilita la pèrdua d’isòtops de plom del cristall de zircó. [8] Precisament perquè aquesta pèrdua d'isòtops de plom podria provocar errors en l'avaluació de l'edat de la mostra, el fet de poder utilitzar dues cadenes de desintegració diferents és preciós, ja que proporciona una comprovació creuada que encara permet la precisió determinació de l’edat.

Els cristalls de zircó sense dany retenen els àtoms de plom generats per la desintegració radioactiva de l’urani i el tori fins a una temperatura d’uns 900 ° C, mentre que els danys esmentats acumulats al voltant de zones amb un alt contingut d’urani poden disminuir significativament aquesta temperatura.

Detalls

Quan no hi ha cap condició que hagi provocat la pèrdua o l'adquisició de plom de l'entorn extern, l'edat del cristall de zircó es pot calcular assumint una desintegració exponencial de l'urani. O bé:

on és:

  • és el nombre d’àtoms d’urani mesurat avui.
  • és el nombre d’àtoms d’urani originals, igual a la suma d’àtoms d’urani i plom mesura’t avui mateix.
  • és la taxa de desintegració de l’urani.
  • és l'edat del zirconi, és a dir, la mida a determinar.

Això dóna:

que es pot escriure com:

Les cadenes de desintegració d’urani i plom més utilitzades donen les següents equacions:

Mitjançant el traçat de les relacions trobades amb una sèrie d’intervals de temps, s’obté l’esmentat "diagrama de concòrdia". [6] [9] En el cas que les relacions d'isòtops mesurades en una mostra de roca es posicionin a la corba, això garanteix que les dues cadenes diferents proporcionin valors d'edat concordants.

Si s’ha produït una pèrdua de plom dels diferents minerals, això comporta una discrepància en les edats determinades amb les diferents cadenes de desintegració. En aquest cas, el punt sortirà de la corba, en la seva part còncava. En separar els diferents minerals, es pot demostrar que els punts obtinguts es troben en una línia recta, l’anomenada “discòrdia dreta”. La intersecció d’aquesta línia amb la corba de concordança dóna dos valors importants, de fet, la projecció sobre l’eix temporal del punt d’intersecció més baix indica l’època en què es va produir la pèrdua de plom, mentre que la projecció del punt de la intersecció més alta retorna l'edat de la mostra. [6] [9]

Diagrama concordant de les dades publicades per Mattinson [8] sobre una mostra de zircó de les muntanyes Klamath , al nord de Califòrnia. Cada punt de la corba de concordança representa un augment de cent milions d’anys.

Nota

  1. ^ BB Boltwood, Sobre els productes de desintegració finals dels elements radioactius. Part II. Els productes de desintegració de l’urani , a American Journal of Science , n. 23, 1907, pàgs. 77-88.
  2. Blair Schoene, U - Th - Pb Geochronology ( PDF ), Universitat de Princeton, 2014. Consultat el 10 de juliol de 2018 .
  3. Randall R. Parrish i Stephen R. Noble, Zircon U-Th-Pb Geochronology by Isotope Dilution - Thermal Ionization Mass Spectrometry (ID-TIMS) , a J. Hanchar i P. Hoskin (eds), A Zircon , Mineralogical Society of Amèrica, 2003, pp. 183-213.
  4. Trevor Ireland, Isotope Geochemistry: New Tools for Isotopic Analysis , a Science , vol. 286, n. 5448, desembre de 1999, pp. 2289-2290.
  5. ^ a b RL Romer, Alfa-retrocés en geocronologia U-Pb: La mida de la mostra efectiva és important. , a Mineralogia i Petrologia , vol. 145, núm. 4, 2003, pàgs. 481-491.
  6. ^ a b c I. Guerra, Concordia Diagram ( PDF ), a fis.unical.it , Universitat de Calàbria, 2013. Consultat el 10 de juliol de 2018 .
  7. Clair Cameron Patterson, Era dels meteorits i la terra , a Geochim. Cosmochim. Acta , vol. 10, 1956, pàgs. 230-7.
  8. ^ a b JM Mattinson, mètode d'abrasió química Zircon U-Pb (CA-TIMS): recuit combinat i anàlisi de dissolució en diversos passos per millorar la precisió i la precisió de les edats del zircó , a Chemical Geology , n. 220, 2005, pàgs. 47-66.
  9. ^ a b AP Dickin, Radiogenic Isotope Geology , 2a ed., Cambridge University Press, 2005, pàg. 101 .

Enllaços externs