Uranium-Lead Dating

Van alle isotopische dateringsmethoden die tegenwoordig worden gebruikt, is de uranium-loodmethode de oudste en, wanneer zorgvuldig gedaan, de meest betrouwbare. In tegenstelling tot elke andere methode heeft uranium-lood een natuurlijke kruiscontrole ingebouwd die laat zien wanneer de natuur met het bewijsmateriaal heeft geknoeid.

Basisprincipes van Uranium-lood

Uranium komt in twee veel voorkomende isotopen met atoomgewichten van 235 en 238 (we noemen ze 235U en 238U). Beide zijn onstabiel en radioactief en werpen nucleaire deeltjes af in een cascade die niet stopt totdat ze lood worden (Pb). De twee cascades zijn verschillend: 235U wordt 207Pb en 238U wordt 206Pb. Wat dit feit nuttig maakt, is dat ze met verschillende snelheden voorkomen, zoals uitgedrukt in hun halfwaardetijd (de tijd die het duurt voordat de helft van de atomen vervalt). De 235U-207Pb-cascade heeft een halfwaardetijd van 704 miljoen jaar en de 238U-206Pb-cascade is aanzienlijk langzamer, met een halfwaardetijd van 4,47 miljard jaar.

Dus wanneer zich een minerale korrel vormt (in het bijzonder wanneer deze voor het eerst onder zijn vangtemperatuur afkoelt), stelt hij de uranium-loodklok effectief op nul. Loodatomen gecreëerd door uraniumverval zitten gevangen in het kristal en worden in concentratie opgebouwd met de tijd. Als niets het graan verstoort om een ​​van deze radiogene lood vrij te geven, is dating het eenvoudig in concept. In een 704 miljoen jaar oud gesteente is 235U op zijn halfwaardetijd en zal er een gelijk aantal 235U- en 207Pb-atomen zijn (de Pb / U-verhouding is 1). In een rots die twee keer zo oud is, blijft er één 235U-atoom over voor elke drie 207Pb-atomen (Pb / U = 3), enzovoort. Met 238U groeit de Pb / U-verhouding veel langzamer met de leeftijd, maar het idee is hetzelfde. Als je stenen van alle leeftijden zou nemen en hun twee Pb / U-verhoudingen van hun twee isotoopparen tegen elkaar op een grafiek uitgezet, zouden de punten een mooie lijn vormen, een concordia genoemd (zie het voorbeeld in de rechterkolom).

Zirkoon in Uranium-Lead Dating

Het favoriete mineraal onder U-Pb-daters is zirkoon (ZrSiO₄), om verschillende goede redenen.

Ten eerste houdt de chemische structuur van uranium en haat lood. Uranium vervangt gemakkelijk zirkonium, terwijl lood sterk wordt uitgesloten. Dit betekent dat de klok echt op nul staat wanneer zirkoon wordt gevormd.

Ten tweede heeft zirkoon een hoge invangtemperatuur van 900 ° C. De klok wordt niet gemakkelijk verstoord door geologische gebeurtenissen - geen erosie of consolidatie in sedimentair gesteente, zelfs geen gematigd metamorfisme.

Ten derde is zirkoon wijdverbreid in stollingsgesteenten als een primair mineraal. Dit maakt het vooral waardevol voor het dateren van deze rotsen, die geen fossielen hebben om hun leeftijd aan te geven.

Ten vierde is zirkoon fysiek taai en gemakkelijk te scheiden van geplette rotsmonsters vanwege zijn hoge dichtheid.

Andere mineralen die soms worden gebruikt voor dating met uranium-lood omvatten monaziet, titaniet en twee andere zirkoniummineralen, baddeleyite en zirconoliet. Zirkoon is echter zo overweldigend een favoriet dat geologen vaak alleen maar verwijzen naar 'zirkoon daten'.

Maar zelfs de beste geologische methoden zijn imperfect. Daten met een rots omvat uranium-loodmetingen op veel zirkonen, en vervolgens de kwaliteit van de gegevens beoordelen. Sommige zirkonen zijn duidelijk gestoord en kunnen worden genegeerd, terwijl andere gevallen moeilijker te beoordelen zijn. In deze gevallen is het concordia-diagram een ​​waardevol hulpmiddel.

Concordia en Discordia

Overweeg de concordia: naarmate zirkonen ouder worden, bewegen ze naar buiten langs de curve. Maar stel je nu eens voor dat een geologische gebeurtenis dingen verstoort om de leiding te laten ontsnappen. Dat zou de zirkonen op een rechte lijn terugbrengen naar nul in het concordia-diagram. De rechte lijn haalt de zirkonen uit de concordia.

Dit is waar gegevens van veel zirkonen belangrijk zijn. De verontrustende gebeurtenis beïnvloedt de zirkonen op ongelijke wijze, waarbij alle leiding van sommigen wordt verwijderd, slechts een deel ervan van anderen en sommige onaangeroerd blijven. De resultaten van deze zirkonen plotten daarom langs die rechte lijn en vestigen wat een discordia wordt genoemd.

Overweeg nu de discordia. Als een 1500 miljoen jaar oude rots wordt verstoord om een ​​discordia te creëren, dan nog een miljard jaar ongestoord, zal de hele discordia-lijn migreren langs de curve van de concordia, altijd wijzend op de leeftijd van de verstoring. Dit betekent dat zirkoongegevens ons niet alleen kunnen vertellen wanneer zich een rots heeft gevormd, maar ook wanneer zich tijdens zijn leven belangrijke gebeurtenissen hebben voorgedaan.

Het oudste gevonden zirkoon dateert van 4,4 miljard jaar geleden. Met deze achtergrond in de methode met uranium-lood, kunt u een diepere waardering hebben voor het onderzoek dat wordt gepresenteerd op de pagina 'Vroegste stuk van de aarde' van de Universiteit van Wisconsin, inclusief de paper uit 2001 Natuur die de record-datum aankondigde.