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古代の岩石のタイムコード: U-Pb 年代測定技術はどのようにして数十億年の歴史を推定できるのでしょうか?
地質学の分野では、岩石の年代を正確に測定する方法が科学者にとって常に大きな課題でした。 U-Pb 年代測定技術は、最も古く、最も洗練された放射性年代測定法の 1 つであり、これに対する優れた解決策を提供します。この技術は、約 10 万年前から 45 億年以上前までの岩石の年代を 0.1% ～ 1% の精度で特定でき、ジルコンなどの鉱物によく使用されます。
ジルコンはその結晶構造内でウラン原子とトリウム原子を吸収しますが、その形成中に鉛を強く反発します。これは、新たに形成されたジルコン結晶には鉛が存在しないことを意味し、鉱物に含まれる鉛は放射性物質によって生成されます。
U-Pb 年代測定技術は 2 つの独立した崩壊連鎖に基づいています。ウラン系列の 238U は半減期 44 億 7 千万年で 206 Pb に崩壊し、ノコギリ波系列の 235U は半減期 207 Pb に崩壊します。 7億1千万年。これら 2 つの「並行」崩壊連鎖は、さまざまな実行可能な年代測定手法につながりました。通常、U-Pb 年代測定は、いわゆる「整合性図」で 2 つの減衰モードを組み合わせることを意味します。
U-Pb システムにおけるもう 1 つの簡単で効果的な年代測定法は、鉛同位体比の分析のみに基づく鉛-鉛年代測定法です。この方法は、1956 年に U-Pb 放射性年代測定法を通じて初めて地球の年齢を初期推定したアメリカの地球化学者クレア キャメロン パターソンにまで遡ることができ、その結果は 45 億 5,000 万年 ± 7,000 万年でした。現在でも広く受け入れられている数字です。
最高 900°C という極端な条件下でも、損傷を受けていないジルコンは、ウランとトリウムの放射性崩壊によって生成された鉛を保持できるため、地質学者にとってジルコンは年代測定用の重要な材料となっています。
U-Pb 年代測定技術の基本原理は、ウランが崩壊過程で鉛を放出すると要約できます。 U-Pb 年代測定の鍵は、現在サンプル中で測定されているウランに対する鉛の比率を計算し、ウランの崩壊速度に基づいてその生成年代を計算することです。この計算は通常、外部環境から生じる損失や利益を考慮せずに行われます。
複雑な結晶構造を分析する場合、地質学者はイオンマイクロ検出器 (SIMS) や誘導結合プラズマ質量分析法 (ICP-MS) などの高度な分析技術を使用する必要があります。これらの技術により、研究者は個々の鉱物データを顕微鏡レベルで深く理解し、地質学的歴史におけるこれらの鉱物の複雑なプロセスを明らかにすることができます。
ジルコンは U-Pb 年代測定に最も一般的に使用される鉱物ですが、モノザイト、チタン石、曹長石などの他の鉱物も年代測定の候補となる場合があります。
U-Pb 年代測定技術では、ジルコン内のウランとトリウムの放射性崩壊により、ジルコン結晶は放射線によって損傷を受けます。この放射線損傷は主に親同位体周囲に集中し、娘同位体鉛が元の同位体から移動することを促進します。解雇される立場。ウラン濃度が高い特定の結晶領域では、この損傷はさらに大きくなり、放射線損傷ネットワークが形成されます。さらに、核分裂の痕跡と微小亀裂はこの損傷ネットワークをさらに拡大し、鉛を含む同位体が損失する経路を提供します。
U-Pb 年代測定技術は非常に成熟していますが、その応用においては依然として多くの課題に直面しています。たとえば、サンプル内の鉛の損失が正確に測定するには不十分である場合、不一致として知られる現象である不正確な年代が得られる可能性があります。一連のジルコンサンプルが異なる量の鉛を失うと、不均一な線が発生する可能性があります。このため、科学者はこれらの結果を解釈する際に特に注意する必要があります。
地質学者は、U-Pb データを分析および解釈する過程で、複雑な結晶構造、鉛の損失などのさまざまな課題に直面します。これらの課題により、地質学者は分析技術を継続的に改善する必要があります。
科学技術の進歩に伴い、U-Pb 年代測定は地球や他の惑星の地質学的歴史を調査するための重要なツールになりました。徹底した研究を通じて、地質学者はこの技術を継続的に調整および改善し、地球の初期の歴史についての人類の理解を進めることができます。おそらく、これらの古代の岩がどれほど多くの未解決の謎を隠しているかについても考えたことがあるでしょうか?
