Language
Country/Area
No result found
Mật mã thời gian của các tảng đá cổ: Làm thế nào công nghệ xác định niên đại U-Pb có thể ước tính hàng tỷ năm lịch sử?
Trong lĩnh vực địa chất, làm thế nào để đo chính xác tuổi của đá luôn là thách thức lớn đối với các nhà khoa học. Công nghệ xác định niên đại U-Pb, là một trong những phương pháp xác định niên đại bằng phóng xạ lâu đời nhất và tinh vi nhất, mang lại một giải pháp tuyệt vời cho vấn đề này. Kỹ thuật này có thể xác định niên đại của đá từ khoảng 100.000 đến hơn 4,5 tỷ năm trước với độ chính xác từ 0,1% đến 1% và thường được sử dụng trên các khoáng chất như zircon.
Zircon hấp thụ các nguyên tử uranium và thorium trong cấu trúc tinh thể của nó, nhưng đẩy mạnh chì trong quá trình hình thành. Điều này có nghĩa là sẽ không có chì trong các tinh thể zircon mới hình thành, do đó, bất kỳ chì nào tìm thấy trong khoáng chất đều được tạo ra bằng chất phóng xạ.
Công nghệ xác định niên đại U-Pb dựa trên hai chuỗi phân rã độc lập: 238U trong dãy urani phân rã thành 206Pb, với chu kỳ bán rã 4,47 tỷ năm; và 235U trong dãy răng cưa phân rã thành 207Pb, với chu kỳ bán rã 4,47 tỷ năm; 710 triệu năm. Hai chuỗi phân rã “song song” này đã dẫn đến nhiều kỹ thuật xác định niên đại khả thi. Thông thường, việc xác định niên đại U-Pb có nghĩa là kết hợp hai chế độ phân rã trong cái gọi là "sơ đồ nhất quán".
Một phương pháp xác định niên đại đơn giản và hiệu quả khác trong hệ thống U-Pb là xác định niên đại bằng chì, phương pháp này chỉ dựa trên phân tích tỷ lệ đồng vị chì. Phương pháp này có thể bắt nguồn từ nhà địa hóa học người Mỹ Claire Cameron Patterson, người đầu tiên đưa ra ước tính ban đầu về tuổi của Trái đất thông qua phương pháp xác định niên đại bằng phóng xạ U-Pb vào năm 1956, và kết quả là 4,55 tỷ năm ± 70 triệu năm, một con số vẫn được chấp nhận rộng rãi cho đến ngày nay.
Ngay cả trong điều kiện khắc nghiệt lên tới 900°C, zircon không bị hư hại vẫn có thể giữ lại chì tạo ra do sự phân rã phóng xạ của uranium và thorium, khiến zircon trở thành vật liệu quan trọng để các nhà địa chất đo tuổi.
Nguyên tắc cơ bản của công nghệ xác định niên đại U-Pb có thể được tóm tắt là uranium giải phóng chì trong quá trình phân rã của nó. Chìa khóa để xác định niên đại bằng U-Pb là tính tỷ lệ chì so với uranium hiện được đo trong mẫu, sau đó tính tuổi hình thành của nó dựa trên tốc độ phân rã của uranium. Tính toán này thường được thực hiện mà không tính đến tổn thất hoặc lợi ích từ môi trường bên ngoài.
Khi phân tích các cấu trúc tinh thể phức tạp, các nhà địa chất cần sử dụng các kỹ thuật phân tích tiên tiến, chẳng hạn như máy dò vi ion (SIMS) hoặc phép đo khối phổ plasma kết hợp cảm ứng (ICP-MS). Những kỹ thuật này cho phép các nhà nghiên cứu hiểu sâu hơn về dữ liệu khoáng sản riêng lẻ ở cấp độ vi mô và tiết lộ các quá trình phức tạp của các khoáng chất này trong lịch sử địa chất của chúng.
Mặc dù zircon là khoáng vật được sử dụng phổ biến nhất để xác định niên đại bằng U-Pb, các khoáng chất khác như monozite, titanite và albite cũng có thể là ứng cử viên cho việc xác định niên đại.
Trong công nghệ xác định niên đại U-Pb, các tinh thể zircon sẽ bị phá hủy bởi bức xạ do sự phân rã phóng xạ của uranium và thorium trong zircon. Sự phá hủy bức xạ này chủ yếu tập trung xung quanh đồng vị gốc và thúc đẩy đồng vị con dẫn ra khỏi ban đầu. được giải ngũ. Ở một số vùng tinh thể nhất định có nồng độ uranium cao, thiệt hại này sẽ đáng kể hơn, hình thành mạng lưới thiệt hại do bức xạ. Ngoài ra, dấu vết phân hạch và các vết nứt vi mô còn mở rộng mạng lưới thiệt hại này, tạo ra các kênh dẫn đến sự mất mát các đồng vị chứa chì.
Mặc dù công nghệ hẹn hò U-Pb đã vô cùng trưởng thành nhưng nó vẫn gặp nhiều thách thức trong quá trình ứng dụng. Ví dụ, khi lượng chì mất đi trong một mẫu không đủ để đo chính xác, điều đó có thể dẫn đến việc thu được độ tuổi không chính xác, một hiện tượng được gọi là sự không nhất quán. Khi một loạt mẫu zircon mất đi lượng chì khác nhau, các đường không nhất quán có thể xuất hiện. Điều này đòi hỏi các nhà khoa học phải hết sức cẩn thận khi diễn giải những kết quả này.
Trong quá trình phân tích và diễn giải dữ liệu U-Pb, các nhà địa chất phải đối mặt với nhiều thách thức khác nhau như cấu trúc tinh thể phức tạp, thất thoát chì, v.v. Những thách thức này buộc họ phải liên tục cải tiến kỹ thuật phân tích của mình.
Với sự tiến bộ của khoa học công nghệ, việc xác định niên đại bằng U-Pb đã trở thành một công cụ quan trọng để khám phá lịch sử địa chất của Trái đất và các hành tinh khác. Thông qua nghiên cứu chuyên sâu, các nhà địa chất có thể liên tục điều chỉnh và cải tiến công nghệ này, nâng cao hiểu biết của con người về lịch sử ban đầu của Trái đất. Có lẽ bạn cũng đã từng nghĩ về những bí ẩn chưa được giải đáp mà những khối đá cổ này ẩn giấu?
