Language
Country/Area
No result found
Загадочное путешествие свинца и урана: как раскрыть тайну возраста Земли?
Возраст Земли всегда был важной темой научных исследований, и одной из ключевых технологий является метод датирования по урану и свинцу (U-Pb). Этот метод является не только одним из старейших методов радиоактивного датирования, но и одной из самых точных систем датирования. Развитие метода уран-свинцового датирования позволило нам понять формирование Земли и получить ценную информацию о древней истории нашей планеты.
Что такое уран-свинцовое датирование?
Датирование по урану и свинцу можно использовать для датирования пород, которые образовались и кристаллизовались в период от примерно 1 миллиона до более чем 4,5 миллиардов лет назад.
Датирование по урану и свинцу обычно используется для анализа циркона — минерала, который поглощает атомы урана и тория в свою кристаллическую структуру, но сильно отталкивает свинец в процессе своего формирования. Это свойство делает новообразованные кристаллы циркона не содержащими свинца, поэтому весь свинец, содержащийся в минерале, появляется в результате радиоактивного распада. Используя скорость распада урана-свинца, ученые могут надежно определить возраст цирконов, сравнивая соотношения урана и свинца.
Пути распада урана
Уран распадается на свинец в результате серии альфа- и бета-распадов. В этих двух независимых путях распада 238U превращается в 206Pb с периодом полураспада 4,47 миллиарда лет, а 235U превращается в 207Pb с периодом полураспада 710 миллионов лет. Такие параллельные системы обеспечивают множество эффективных методов датирования урана и свинца.
Разработчики этой технологии
В 1956 году американский геохимик Клэр Кэмерон Паттерсон с помощью радиоактивного датирования по урану и свинцу оценил возраст Земли в 4,55 миллиарда лет. Эта цифра до сих пор не подвергалась существенным сомнениям.
Другие применимые минералы
Хотя циркон является наиболее часто используемым минералом при датировании урана и свинца, могут также использоваться и другие похожие минералы, такие как церит, халькантит и бадлеит.
В некоторых случаях, когда доступ к циркону ограничен, уран-свинцовое датирование можно проводить и для других минералов, таких как кальцит или арагонит. Однако эти минералы, как правило, дают менее точные результаты определения возраста, чем дорожные или метаморфические минералы, хотя они более распространены в геологической летописи.
Радиационные повреждения и микротрещины
В процессе альфа-распада кристаллы циркона подвергаются радиационному повреждению. Этот ущерб концентрируется вокруг родительских изотопов (урана и тория) и вытесняет изотопы свинца из их первоначальных мест расположения. Это привело к серьезному повреждению кристаллической решетки в определенных областях с высокой концентрацией урана, что привело к образованию сети радиационно-поврежденных зон. Кроме того, следы деления и микротрещины еще больше расширяют эту сеть повреждений, обеспечивая эффективный канал для выщелачивания изотопов свинца.
Расчет возраста
При отсутствии потерь свинца или его поступления из внешней среды возраст цирконов можно рассчитать, исходя из предположения об экспоненциальном распаде урана. Этот процесс позволил исследователям преобразовать наблюдаемые соотношения свинца и урана в геологические даты.
Роль двух путей распада
Цепочки распада урана и свинца могут генерировать различные данные о возрасте. Сравнивая эти данные, мы можем найти согласованность во временном ряду, а затем сгенерировать согласованную линию возраста. Графическое представление этих данных часто выглядит как «линии гармонии», но если образцы теряют разное количество свинца, это может привести к противоречивым данным о возрасте.
Впереди нас ждут трудности
Существует множество факторов, влияющих на датирование ураном и свинцом в масштабе геологического времени. Среди этих сложностей ученым необходимо разработать более точные аналитические методы, такие как использование ионных микрозондов (SIMS) или лазерной индуктивно-связанной плазменной масс-спектрометрии (ICP-MS), чтобы получить представление о сложном поведении систем уран-свинец.
По мере развития исследований наше понимание возраста Земли может измениться. Существуют ли другие неизвестные факторы, которые влияют на наше понимание истории Земли?
