U–Pb (urāna–svina) datēšana — radiometriskā vecuma noteikšana

U–Pb (urāna–svina) datēšana: precīza radiometriskā vecuma noteikšana no 1 milj. līdz 4,5 mljrd gadu — metode ar 0,1–1% precizitāti un būtisku vēsturiski zinātnisko lomu.

Urāna svina metode ir viena no vecākajām un vispilnveidīgākajām radiometrisko datēšanas shēmu sistēmām.

To var izmantot vecuma diapazonā no aptuveni 1 miljona gadu līdz vairāk nekā 4,5 miljardiem gadu. Precizitāte ir 0,1-1 % robežās.

Metode balstās uz divām atsevišķām sabrukšanas ķēdēm - urāna sērijas no ²³⁸U līdz ²⁰⁶Pb, kuras pusperiods ir 4,47 miljardi gadu, un aktīnija sērijas no ²³⁵U līdz ²⁰⁷Pb, kuras pusperiods ir 704 miljoni gadu.

Divu "paralēlu" urāna un svina sabrukšanas ceļu pastāvēšana ļauj izmantot vairākas datēšanas metodes kopējā U-Pb sistēmā.

Termins "U-Pb datēšana" parasti nozīmē abu sabrukšanas shēmu apvienotu izmantošanu. Tomēr, ja izmanto tikai vienu sabrukšanas shēmu (parasti²³⁸no U uz ²⁰⁶Pb), tiek izmantota U-Pb izohrona datēšanas metode, kas ir analoga rubīdija-stroncija datēšanas metodei.

Visbeidzot, vecumu var noteikt arī pēc U-Pb sistēmas, analizējot tikai Pb izotopu attiecības. To sauc par svina un svina datēšanas metodi. Amerikāņu ģeohēmiķis Klērs Kamerons Patersons (Clair Cameron Patterson), kurš bija pirmais urāna un svina radiometrisko datēšanas metožu pētnieks, ir slavens ar to, ka izmantoja šo metodi, lai iegūtu vienu no pirmajiem precīzākajiem Zemes vecuma aprēķiniem.

Kā metode darbojas

U–Pb datēšana balstās uz radioaktīvā urāna izotopu ²³⁸U un ²³⁵U sabrukumu uz stabilajiem svina izotopiem ²⁰⁶Pb un ²⁰⁷Pb. Ja minerāls vai iežu fragments attiecīgā laikā sāk darboties kā slēgta sistēma (bez ievades vai zuduma urānam vai svinam), tad ar laiku acumulatoriski pieaug svina daudzums. Matemātiski attiecību starp vecumu t, sākotnējo vecumu un izotopu attiecībām var izteikt ar radioaktīvā sabrukuma vienādojumiem; vienkāršā formā vecums tiek aprēķināts no attiecības starp tagadējo radītā svina daudzumu un atlikušā urāna daudzumu.

Konkorīdija (Concordia) un discordija

Concordia diagramma ir centrāls instruments U–Pb metodē. Diagrammā parasti attēlo attiecības ²⁰⁶Pb/²³⁸U pret ²⁰⁷Pb/²³⁵U. Ja paraugs ir bijis slēgta sistēma kopš kristalizācijas, tā analītiskie punkti krīt uz konkorīdijas līknes, un šīs koordinātas dod konsekventu (konkordantu) vecumu.

Ja paraugs ir zaudējis svinu vai urānu vai satur iepriekšēju (mantotu) svinu, punkti neatrodas uz līknes un veido discordia līniju, ar kuras krustpunktiem ar konkorīdiju nosakāmi divi vecumi: viens parasti atbilst laika brīdim, kad minerāls kristalizējās, bet otrs var atspoguļot vēlīnu notikumu (piem., metamorfisms vai daļēja svina zudums).

Paraugu izvēle un laboratorijas procedūras

• Paraugu izvēle: bieži izmanto minerālus, kas izslēdz svinu, piemēram, cirkonu — tas notur urānu, bet sākotnējais svins (common Pb) tajā ir ļoti mazs, kas nodrošina uzticamu vecuma noteikšanu.
• Ķīmiskā sagatavošana: minerālu šķelšana, tīrīšana, deklarbonizācija un ķīmiska atdalīšana, lai izolētu Pb un U frakcijas.
• Analītiskās metodes: tiek lietotas augstas precizitātes masas spektrometrijas metodes — ID-TIMS (isotope dilution–thermal ionization mass spectrometry), SIMS (secondary ion mass spectrometry), LA‑ICP‑MS (laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry). Katram paņēmienam ir savas priekšrocības attiecībā uz precizitāti, telpisko izšķirtspēju un parauga sagatavošanas prasībām.

Iespējamie traucējumi un to risinājumi

• Common Pb (sākotnējā svina klātbūtne): nepieciešamas korekcijas vai paraugu izvēle (piem., cirkoni), lai nodrošinātu, ka vecums nav pārvērtēts. Plaši lieto modelētas korekcijas (piem., Stacey–Kramers modelis) vai Pb izotopu analīzes, lai novērstu šo ietekmi.
• Svina vai urāna zudums: rezultātā parādās discordance; to var modelēt ar discordia līniju vai izmantot mikroanalītiskus paņēmienus, lai noteiktu notikumu laiku (piem., metamorfiskie pārrakstīšanās laiki).
• Inheritācija: minerālā var iekļauties vecāki gadījumi (mantots urāns vai svins), kas prasa rūpīgu datu interpretāciju un dažkārt detaļizcilu izgriezumu analīzi (zircona zonācija, U‑Pb kartēšana).

Precizitāte, kalibrācija un pamatpieņēmumi

U–Pb datēšanas precizitāte (parasti 0,1–1 %) ir atkarīga no analītiskās metodes, paraugu kvalitātes un datu interpretācijas. Metode balstās uz šādiem pamatpieņēmumiem:

• Decaying konstantes ir labi zināmas un nemainīgas.
• Paraugs ir (vai vismaz daļa no parauga ir) slēgta sistēma pēc kristalizācijas.
• Sākotnējais svins tiek identificēts vai koreģēts.

Laboratorijas izmanto standartu analīzes un izotopu dilūcijas (ID) metodes, lai nodrošinātu kvantitatīvu precizitāti un atkārtojamību.

Pielietojumi ģeoloģijā

U–Pb datēšana ir ļoti plaši izmantota, piemēram:

• precīzai magmatisko un metamorfozo notikumu laika noteikšanai;
• zircona analīzei, lai atklātu kontinentālās garozas vecumu un attīstību;
• meteorītu pētījumiem un Saules sistēmas vecuma noteikšanai — tieši ar U–Pb un Pb–Pb metodēm tika iegūti precīzi Zemes un meteorītu vecumi;
• stratigrāfijas un tektonikas notikumu sasaistīšanai ar relatīvo ierakstu.

Kopsavilkums

U–Pb (urāna–svina) datēšana ir viens no uzticamākajiem un vispārpieņemtākajiem veidiem, kā noteikt iežu un minerālu vecumu plašā laika skalā — no miljoniem līdz miljardiem gadu. Divu neatkarīgo sabrukšanas ķēžu izmantošana (no ²³⁸U un ²³⁵U) nodrošina salīdzināmu validācijas līmeni, un konkorīdijas analīze ļauj risināt sarežģītus gadījumus, kuros parādās svina zudums vai sākotnējais svins. Precīza datēšana prasa rūpīgu paraugu sagatavošanu, piemērotas analītiskās metodes un kritisku datu interpretāciju.

Jautājumi un atbildes

Jautājums: Kas ir urāna un svina datēšana?

J: Kāds ir urāna-svina datēšanas vecuma diapazons?

J: Kāds ir urāna-svina datēšanas precizitātes diapazons?

J: Uz cik sabrukšanas ķēdēm balstās urāna-svina datēšana?

J: Kas ir U-Pb izohrona datēšanas metode?

J: Kas ir svina un svina datēšanas metode?

J: Kas ir slavens ar to, ka izmanto urāna-olova datēšanu, lai noteiktu Zemes vecumu?

Meklēt pēc burta