Uran-Blei-Datierung abgekürzt U-Pb-Datierung ist eine der ältesten [1] und die verfeinertsten radiometrischen Datierungsschemata. Es kann verwendet werden, um Gesteine zu bilden, die [2] vor etwa 1 Million Jahren vor über 4,5 Milliarden Jahren mit Routinepräzision im Bereich von 0,1 bis 1 Prozent gebildet und kristallisiert wurden. [3]
Die Datierungsmethode wird normalerweise am Mineralzirkon durchgeführt. Das Mineral bindet Uran- und Thoriumatome in seine Kristallstruktur ein, lehnt aber stark Blei ab. Daher kann man davon ausgehen, dass der gesamte Bleigehalt des Zirkons radiogen ist, d. H. Er wird allein durch einen radioaktiven Zerfall nach der Bildung des Minerals erzeugt. So kann das derzeitige Verhältnis von Blei zu Uran im Mineral zur Bestimmung des Alters herangezogen werden Zitat benötigt .
Die Methode beruht auf zwei getrennten Zerfallsketten, der Uranserie von 238 U bis 206 Pb, mit einer Halbwertzeit von 4,47 Milliarden Jahren und der Actinium-Reihe von [19459015235 U bis 207 Pb, mit einer Halbwertszeit von 710 Millionen Jahren.
Zerfallsrouten [ edit ]
Die obigen Uran-zu-Blei-Zerfallsrouten erfolgen über eine Reihe von Alpha (und Beta) -Zerfällen, wobei 238 U mit Tochter-Nuklide durchlaufen insgesamt acht Alpha- und sechs Beta-Zerfälle, wohingegen U [24 235 mit Töchtern nur sieben Alpha- und vier Beta-Zerfälle erfährt. [4]
Die Existenz von zwei "parallelen" Uran Führende Zerfallsrouten (19459015] 238 U bis 206 Pb und 235 U bis 207 Pb) führen zu mehreren Datierungstechniken innerhalb des gesamten U –Pb-System. Der Begriff U-Pb-Datierung impliziert normalerweise die gekoppelte Verwendung beider Verfallspläne im 'Concordia-Diagramm' (siehe unten).
Die Verwendung eines einzigen Zerfallsschemas (normalerweise 238 U bis 206 Pb) führt jedoch zu der U-Pb-Isochron-Datierungsmethode, die der Rubidium-Strontium-Datierungsmethode analog ist.
Schließlich kann das Alter auch aus dem U-Pb-System durch alleinige Analyse der Pb-Isotopenverhältnisse bestimmt werden. Dies wird als Lead-Lead-Dating-Methode bezeichnet. Clair Cameron Patterson, ein US-amerikanischer Geochemiker, der Pionierarbeit bei Untersuchungen der radiometrischen Datierungsmethoden für Uran und Blei geleistet hat, ist dafür bekannt, dass er damit eine der frühesten Schätzungen des Alters der Erde erhalten hat.
Mineralogie [ edit ]
Obwohl Zirkon (ZrSiO 4 ) am häufigsten verwendet wird, sind andere Mineralien wie Monazit (siehe: Monazitgeochronologie), Titanit, und Baddeleyit kann ebenfalls verwendet werden.
Wo keine Kristalle wie Zirkon mit Uran- und Thoriumeinschlüssen auftreten, muss ein besseres, umfassenderes Modell der Daten angewendet werden. Uran-Blei-Datierungstechniken wurden auch auf andere Mineralien wie Calcit / Aragonit und andere Carbonatmineralien angewendet. Diese Arten von Mineralien erzeugen oft ein niedrigeres Alterungsalter als erdärmliche und metamorphe Mineralien, die traditionell für die Altersdatierung verwendet werden, sind jedoch im geologischen Protokoll häufiger.
Wechselwirkung zwischen Mineralogie und radioaktiver Zersetzung [ edit
Während der Alpha-Zerfallsschritte erfährt der Zirkonkristall einen Strahlungsschaden, der mit jedem Alpha-Zerfall verbunden ist. Dieser Schaden ist am stärksten um das Mutterisotop (U und Th) konzentriert, wodurch das Tochterisotop (Pb) aus seiner ursprünglichen Position im Zirkongitter vertrieben wird.
In Gebieten mit einer hohen Konzentration des Mutterisotops ist die Beschädigung des Kristallgitters ziemlich groß und wird häufig zu einem Netzwerk von strahlungsgeschädigten Bereichen verbunden. [4] Spaltspuren und Mikrorisse im Kristall werden weiter erweitern Sie dieses Strahlungsschadennetz.
Diese Spaltungsspuren fungieren zwangsläufig als Leitungen tief im Kristall und bieten so eine Transportmethode, um das Auslaugen von Blei-Isotopen aus dem Zirkonkristall zu erleichtern. [5]
Details [ . 19659010] Unter Bedingungen, bei denen kein Bleiverlust oder -gewinn aus der äußeren Umgebung aufgetreten ist, kann das Alter des Zirkons unter Annahme eines exponentiellen Zerfalls von Uran berechnet werden. Das ist
wo
Das gibt
die als geschrieben werden kann
Die am häufigsten verwendeten Zerfallsketten von Uran und Blei ergeben die folgenden Gleichungen:
( 1 )
( 2 )
Es wird gesagt, dass sie übereinstimmende Zeitalter erreichen. [ Erläuterung erforderlich Es ist dieses übereinstimmende Zeitalter, geplottet Dies führt über eine Reihe von Zeitintervallen zu einer konkordanten Linie. [6]
Der Verlust (Durchsickern) von Blei aus der Probe führt zu einer Diskrepanz in den durch jedes Zerfallsschema bestimmten Alter. Dieser Effekt wird als Diskordanz bezeichnet und ist in Abbildung 1 dargestellt. Wenn eine Reihe von Zirkonproben unterschiedliche Mengen an Blei verloren hat, erzeugen die Proben eine Diskordanzlinie. Der obere Abschnitt der Concordia- und Discordia-Linie spiegelt das ursprüngliche Alter der Formation wider, während der untere Intercept-Abschnitt das Alter des Ereignisses widerspiegelt, das zu einem offenen Systemverhalten und somit zu einem Bleiverlust geführt hat. Zwar gab es einige Meinungsverschiedenheiten hinsichtlich der Bedeutung der niedrigeren Intercept-Zeitalter. [6]
Abbildung 1: Concordia-Diagramm für von Mattinson [5] veröffentlichte Daten für Zirkonproben aus den Klamath Mountains in Nordkalifornien. Die Alterung der Concordia nimmt in Schritten von 100 Millionen Jahren zu.
Unbeschädigter Zirkon bewahrt die durch radioaktiven Zerfall von Uran und Thorium erzeugte Blei bis zu sehr hohen Temperaturen (etwa 900 ° C) auf, obwohl sich innerhalb von Zonen mit sehr hohem Urankanal Strahlungsschäden angesammelt haben diese Temperatur wesentlich senken. Zirkon ist chemisch sehr inert und widerstandsfähig gegen mechanische Verwitterung - ein gemischter Segen für Geochronologen, da Zonen oder sogar ganze Kristalle das Schmelzen ihres Muttergesteins mit ihrem ursprünglichen Uran-Blei-Alter überleben können. Zirkonkristalle mit langer und komplexer Historie können daher Zonen mit dramatisch unterschiedlichem Alter enthalten (normalerweise mit der ältesten und jüngsten Zone, die den Kern bzw. den Rand des Kristalls bilden) und sollen angeborene Eigenschaften aufweisen. Das Aufklären solcher Komplikationen (die abhängig von ihrer maximalen Bleitrückhaltetemperatur auch in anderen Mineralien vorkommen können) erfordert im Allgemeinen eine In-situ-Mikrostrahlanalyse mittels Ionenmikrosonde (SIMS) oder Laser-ICP-MS.
Siehe auch [ edit ]
Referenzen
- Boltwood, BB, 1907, Über die endgültige Auflösung Produkte der radioaktiven Elemente. Teil II. Die Zersetzungsprodukte von Uran: American Journal of Science 23: 77-88.
- ^ Schöne, Blair (2014). "U-Th-Pb-Geochronologie" (PDF) . Princeton University, Princeton, New Jersey, USA . 7. Januar 2018 .
- ^ Parrish, Randall R .; Noble, Stephen R., 2003. Zirkon-U-Th-Pb-Geochronologie durch Isotopenverdünnung - thermische Ionisations-Massenspektrometrie (ID-TIMS). In Zircon (Hrsg. J. Hanchar und P. Hoskin). Bewertungen in Mineralogie und Geochemie, Mineralogical Society of America. 183-213.
- ^ a b Romer, R. L. 2003. Alpha-Recoil in U-Pb-Geochronologie: Die effektive Probengröße ist wichtig. Beiträge zu Mineralogie und Petrologie 145, (4): 481–491.
- ^ a b Mattinson, JM, 2005. Zircon U-Pb Chemical Abrieb ("CA-TIMS") -Methode: Kombiniertes Glühen und mehrstufige Auflösungsanalyse für verbesserte Präzision und Genauigkeit der Zirkonalterung. Chemische Geologie. 220, 47-66.
- ^ a b Dickin, A. P., 2005. Radiogenic Isotope Geology, 2. Auflage. Cambridge: Cambridge University Press. S. 101.
( 1 )
( 2 )
- Boltwood, BB, 1907, Über die endgültige Auflösung Produkte der radioaktiven Elemente. Teil II. Die Zersetzungsprodukte von Uran: American Journal of Science 23: 77-88.
- ^ Schöne, Blair (2014). "U-Th-Pb-Geochronologie" (PDF) . Princeton University, Princeton, New Jersey, USA . 7. Januar 2018 .
- ^ Parrish, Randall R .; Noble, Stephen R., 2003. Zirkon-U-Th-Pb-Geochronologie durch Isotopenverdünnung - thermische Ionisations-Massenspektrometrie (ID-TIMS). In Zircon (Hrsg. J. Hanchar und P. Hoskin). Bewertungen in Mineralogie und Geochemie, Mineralogical Society of America. 183-213.
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- ^ a b Dickin, A. P., 2005. Radiogenic Isotope Geology, 2. Auflage. Cambridge: Cambridge University Press. S. 101.
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