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Die seltsame Verbindung zwischen Uran und Blei: Was verrät diese Technik über die Ursprünge der Erde?
Die Uran-Blei-Datierung ist eine alte und hochentwickelte radioaktive Datierungsmethode mit großer Bedeutung in der Geologie und Archäologie. Mit dieser Methode lässt sich das Alter von Gesteinen im Bereich von einer Million bis über 4,5 Milliarden Jahre genau bestimmen, typischerweise mit einer Genauigkeit von 0,1–1 %. Die Uran-Blei-Datierungsmethode wird am häufigsten bei Zirkon angewendet, einem Mineral, das bei seiner Entstehung Uran und Thorium absorbiert, Blei jedoch stark abweist. Dies bedeutet, dass in neu gebildeten Zirkonkristallen kein Blei enthalten ist und das enthaltene Blei radioaktiv erzeugt wurde. Daher kann das Alter von Zirkonen durch die Messung des Blei-Uran-Verhältnisses zuverlässig bestimmt werden.
Uran zerfällt über zwei verschiedene Zerfallsketten zu Blei: 238U zerfällt in 206Pb und 235U zerfällt in 207Pb.
Zerfallspfade
Uran wird durch eine Reihe von Alpha- und Betazerfällen in Blei umgewandelt, wobei 238U und seine Tochternuklide insgesamt acht Alphazerfälle und sechs Betazerfälle durchlaufen, während 235U und seine Tochternuklide nur sieben Alphazerfälle und vier Betazerfälle durchlaufen. . Sub-Beta-Zerfall. Die Existenz zweier „paralleler“ Uran-Blei-Zerfallswege ermöglicht mehrere mögliche Datierungstechniken innerhalb des gesamten Uran-Blei-Systems.
Anwendungen der Mineralogie
Während Zirkon (ZrSiO4) das am häufigsten verwendete Mineral ist, können auch andere Mineralien wie Monotactinit, Titanit und Baddeleyit für die Uran-Blei-Datierung verwendet werden. Gleichzeitig können einige häufig vorkommende Karbonatmineralien wie Kalzit und Aragonit mithilfe der Uran-Blei-Datierungstechnologie datiert werden, wenn keine uran- und thoriumhaltigen Kristalle erhältlich sind. Obwohl die Altersbestimmung dieser Mineralien im Allgemeinen weniger präzise ist als die der magmatischen und metamorphen Mineralien, die traditionell zur Altersbestimmung verwendet werden, kommen sie in geologischen Aufzeichnungen häufiger vor.
Mechanismen der Strahlenschädigung
Während des Alphazerfalls erleiden Zirkonkristalle Strahlungsschäden, die sich hauptsächlich auf die Mutterisotope (Uran und Thorium) beschränken. Diese Schäden führen dazu, dass das Tochterisotop (Blei) aus seiner ursprünglichen Position im Zirkongitter verdrängt wird. Bei einer hohen Konzentration des Ausgangsisotops kann es zu erheblichen Schäden am Kristallgitter kommen, die sich häufig zu einem Netzwerk von Strahlungsschäden verbinden und so die Zerstörung innerhalb des Kristalls noch verschlimmern. Diese strahlenbedingten Schrumpfungen und Mikrorisse können zum Auslaugen von Bleiisotopen führen.
Altersberechnung
Sofern kein Verlust oder keine Zunahme von externem Blei stattfindet, kann das Alter von Zirkonen durch die Annahme eines exponentiellen Zerfalls von Uran berechnet werden. Diese Berechnung lässt das in der Hintergrundstrahlung erzeugte Blei außer Acht und basiert nur auf der Zerfallsrate des Urans. Wenn eine Reihe von Zirkonproben unterschiedliche Mengen an Blei verlieren würden, würde sich eine inkonsistente Verbindungslinie bilden. Diese Inkonsistenz stellt eine Herausforderung für die Altersbestimmung der einzelnen Zerfallssysteme dar.
Clair Cameron Patterson, ein amerikanischer Geochemiker und Pionier der radiometrischen Uran-Blei-Datierungsmethode, schätzte 1956 erstmals das Alter der Erde auf 4,55 Milliarden Jahre. Diese Zahl ist bis heute unangefochten.
Die Geschichte und Zukunft der Erde
Unser Verständnis vom Alter der Erde hat von der Entwicklung der Uran-Blei-Datierung profitiert. Doch können wir mit fortschreitender Technologie den wunderbaren Geheimnissen der Erde oder anderer Planeten näher kommen?
