Language
Country/Area
No result found
Hành trình bí ẩn của Chì và Uranium: Làm thế nào để khám phá bí mật về tuổi của Trái đất?
Tuổi của Trái Đất luôn là chủ đề quan trọng trong các cuộc khám phá khoa học và một trong những công nghệ then chốt là phương pháp xác định niên đại bằng urani-chì (U-Pb). Phương pháp này không chỉ là một trong những kỹ thuật xác định niên đại phóng xạ lâu đời nhất mà còn là một trong những hệ thống xác định niên đại chính xác nhất. Sự phát triển của phương pháp xác định niên đại bằng urani-chì đã giúp chúng ta hiểu được sự hình thành của Trái Đất và thu thập được thông tin có giá trị về lịch sử cổ đại của hành tinh chúng ta.
Phương pháp định tuổi bằng urani-chì là gì?Phương pháp xác định niên đại bằng urani-chì có thể được sử dụng để xác định niên đại của các loại đá hình thành và kết tinh từ khoảng 1 triệu đến hơn 4,5 tỷ năm trước.
Phương pháp định tuổi bằng urani-chì thường được sử dụng để phân tích zircon, một loại khoáng chất hấp thụ các nguyên tử urani và thori vào cấu trúc tinh thể của nó nhưng lại đẩy lùi chì mạnh trong quá trình hình thành. Tính chất này làm cho các tinh thể zircon mới hình thành không chứa chì, do đó bất kỳ chì nào tìm thấy trong khoáng chất này đều có nguồn gốc từ quá trình phân rã phóng xạ. Bằng cách sử dụng tốc độ phân rã của urani-chì, các nhà khoa học có thể xác định đáng tin cậy tuổi của zircon bằng cách so sánh tỷ lệ urani với chì.
Con đường phân rã của urani
Uranium phân rã thành chì thông qua một loạt các phân rã alpha và beta. Trong hai con đường phân rã độc lập này, 238U chuyển thành 206Pb, với chu kỳ bán rã là 4,47 tỷ năm, trong khi 235U chuyển thành 207Pb, với chu kỳ bán rã là 710 triệu năm. Các hệ thống song song như vậy cung cấp nhiều kỹ thuật hiệu quả để xác định niên đại urani-chì.
Những người phát triển công nghệ này
Năm 1956, nhà địa hóa học người Mỹ Clair Cameron Patterson đã sử dụng phương pháp xác định niên đại phóng xạ urani-chì để ước tính tuổi của Trái đất là 4,55 tỷ năm, một con số cho đến ngày nay vẫn chưa bị thách thức đáng kể.
Các khoáng chất khác có thể áp dụng
Trong khi zircon là khoáng chất được sử dụng phổ biến nhất trong phương pháp xác định niên đại bằng urani-chì, các khoáng chất tương tự khác như cerite, chalcanthite và badleyite cũng có thể được sử dụng.
Trong một số trường hợp, khi khả năng tiếp cận zircon bị hạn chế, phương pháp xác định niên đại bằng urani-chì cũng có thể được thực hiện trên các khoáng chất khác như canxit hoặc aragonit. Tuy nhiên, các khoáng chất này thường cho kết quả xác định tuổi có độ chính xác thấp hơn so với khoáng chất vỉa hè hoặc khoáng chất biến chất, nhưng lại phổ biến hơn trong hồ sơ địa chất.
Tổn thương do bức xạ và vết nứt nhỏ
Trong quá trình phân rã alpha, tinh thể zircon bị hư hại do bức xạ. Tổn hại này tập trung xung quanh các đồng vị mẹ (urani và thorium) và đẩy các đồng vị chì ra khỏi vị trí ban đầu của chúng. Điều này gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho mạng tinh thể ở một số khu vực có nồng độ urani cao, tạo ra một mạng lưới các khu vực bị hư hại do bức xạ. Ngoài ra, các vết phân hạch và vết nứt nhỏ càng mở rộng mạng lưới hư hỏng này, tạo ra kênh hiệu quả để các đồng vị chì bị rò rỉ.
Tính tuổi
Trong trường hợp không có sự mất mát chì hoặc sự tích tụ chì từ môi trường bên ngoài, tuổi của zircon có thể được tính toán dựa trên giả định về sự phân rã theo cấp số nhân của urani. Quá trình này cho phép các nhà nghiên cứu chuyển đổi tỷ lệ chì/uranium quan sát được thành niên đại địa chất.
Vai trò của hai con đường phân rã
Chuỗi phân rã của urani và chì có thể tạo ra dữ liệu tuổi khác nhau. Bằng cách so sánh các dữ liệu này, chúng ta có thể tìm thấy sự nhất quán trong chuỗi thời gian và sau đó tạo ra một đường tuổi nhất quán. Biểu diễn đồ họa của những dữ liệu này thường xuất hiện dưới dạng "các đường hài hòa", nhưng nếu các mẫu mất lượng chì khác nhau thì dữ liệu về độ tuổi có thể không nhất quán.
Những thách thức phía trước
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến phương pháp xác định niên đại bằng urani-chì theo thang thời gian địa chất. Giữa những phức tạp này, các nhà khoa học phải phát triển các kỹ thuật phân tích chính xác hơn, chẳng hạn như sử dụng đầu dò ion (SIMS) hoặc phổ khối plasma cảm ứng laser (ICP-MS), để hiểu rõ hơn về hành vi phức tạp của hệ thống urani-chì.
Khi nghiên cứu tiến triển, hiểu biết của chúng ta về tuổi của Trái đất có thể thay đổi. Có những yếu tố chưa biết nào khác ảnh hưởng đến hiểu biết của chúng ta về lịch sử Trái đất không?
