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우라늄과 납의 흥미로운 연관성: 이 기술은 어떻게 지구의 기원을 밝혀내는가?
우라늄-납 연대 측정은 지질학과 고고학에서 중요한 의미를 갖는 고대의 정교한 방사성 연대 측정 기술입니다. 이 방법을 사용하면 100만 년에서 45억 년 이상 된 암석의 연대를 정확하게 판별할 수 있으며, 일반적으로 정확도 범위는 0.1~1%입니다. 우라늄-납 연대 측정법은 지르콘에 가장 흔히 적용되는데, 지르콘은 생성 과정에서 우라늄과 토륨을 흡수하지만 납은 강력히 거부하는 광물입니다. 즉, 새로 형성된 지르콘 결정 내부에는 납이 없으며 발견되는 납은 방사성 물질에 의해 생성된 것입니다. 따라서 납과 우라늄의 비율을 측정하면 지르콘의 연대를 신뢰성 있게 결정할 수 있습니다.
우라늄은 두 가지 다른 붕괴 사슬을 거쳐 납으로 붕괴됩니다. 238U는 206Pb로 붕괴되고, 235U는 207Pb로 붕괴됩니다.
부패 경로
우라늄은 일련의 알파 및 베타 붕괴를 통해 납으로 전환되며, 238U와 그 자식 핵종은 총 8회의 알파 붕괴와 6회의 베타 붕괴를 거치는 반면 235U와 그 자식 핵종은 단 7회의 알파 붕괴와 4회의 베타 붕괴만 거칩니다. . 베타 미만 붕괴. 두 개의 "평행" 우라늄-납 붕괴 경로가 존재하므로 전체 U-Pb 시스템 내에서 여러 가지 가능한 연대 측정 기술이 가능합니다.
광물학의 활용
지르콘(ZrSiO4)이 가장 흔히 사용되는 광물이기는 하지만, 모노악티나이트, 티타나이트, 바델레이아이트와 같은 다른 광물도 우라늄-납 연대 측정에 사용될 수 있습니다. 동시에, 방해석과 아라고나이트와 같은 일부 흔한 탄산염 광물은 우라늄과 토륨을 함유한 결정을 얻을 수 없는 경우 우라늄-납 연대 측정 기술을 사용하여 연대를 측정할 수도 있습니다. 이들 광물의 연대는 전통적으로 연대 측정에 사용되는 화성암이나 변성암의 연대보다 일반적으로 덜 정확하지만, 지질 기록에서는 더 흔하게 발견됩니다.
방사선 손상의 메커니즘
알파 붕괴 과정에서 지르콘 결정은 주로 모원소(우라늄과 토륨) 주위에 국한된 방사선 손상을 겪습니다. 이러한 손상으로 인해 지르콘 격자의 원래 위치에 있던 딸 동위 원소(납)가 이동하게 됩니다. 모체 동위 원소의 농도가 높으면 결정 격자의 손상이 매우 심각해질 수 있으며, 종종 방사선 손상 네트워크로 연결되어 결정 내부의 파괴를 더욱 심화시킵니다. 이러한 방사선 손상으로 인한 수축과 미세균열은 납 동위 원소의 침출로 이어질 수 있습니다.
연령 계산
외부 납의 손실이나 획득이 없을 경우, 지르콘의 연대는 우라늄의 지수적 붕괴를 가정하여 계산할 수 있습니다. 이 계산은 배경 방사선에서 생성된 납을 무시하고 우라늄의 붕괴 속도에만 의존합니다. 일련의 지르콘 샘플에서 납의 양이 다르게 손실되면 일관되지 않은 연결선이 형성됩니다. 이러한 불일치는 각 붕괴계의 연대를 결정하는 데 어려움을 줍니다.
우라늄-납 방사성 연대 측정법을 개척한 미국의 지구화학자 클레어 캐머런 패터슨은 1956년에 처음으로 지구의 나이를 45억 5천만 년으로 추정했는데, 이 수치는 오늘날까지도 이의를 제기하지 않고 있습니다.
지구의 역사와 미래
우라늄-납 연대 측정법의 발달로 우리는 지구의 나이를 더 잘 이해할 수 있게 되었습니다. 하지만 기술이 발전하면서 우리는 지구나 다른 행성의 아름다운 비밀을 밝혀내는 데 더 가까이 다가갈 수 있을까요?
