Uran-Blei-Datierung

Von allen heute verwendeten Isotopendatierungsmethoden ist die Uran-Blei-Methode die älteste und bei sorgfältiger Durchführung die zuverlässigste. Im Gegensatz zu jeder anderen Methode ist in Uran-Blei ein natürlicher Abgleich eingebaut, der anzeigt, wann die Natur die Beweise manipuliert hat.

Grundlagen von Uran-Blei

Uran kommt in zwei gängigen Isotopen mit Atomgewichten von 235 und 238 vor (wir nennen sie 235U und 238U). Beide sind instabil und radioaktiv und scheiden Kernteilchen in einer Kaskade aus, die nicht aufhört, bis sie zu Blei (Pb) werden. Die beiden Kaskaden sind unterschiedlich: 235 U werden 207 Pb und 238 U werden 206 Pb. Was diese Tatsache nützlich macht, ist, dass sie mit unterschiedlichen Raten auftreten, ausgedrückt in ihrer Halbwertszeit (der Zeit, die die Hälfte der Atome benötigt, um zu zerfallen). Die 235U-207Pb-Kaskade hat eine Halbwertszeit von 704 Millionen Jahren und die 238U-206Pb-Kaskade ist mit einer Halbwertszeit von 4,47 Milliarden Jahren erheblich langsamer.

Wenn sich also ein Mineralkorn bildet (insbesondere, wenn es zuerst unter seine Einfangtemperatur abkühlt), setzt es die "Uhr" des Uran-Bleis effektiv auf Null. Durch den Zerfall von Uran entstandene Bleiatome werden im Kristall gefangen und sammeln sich mit der Zeit an. Wenn nichts das Getreide stört, um dieses radiogene Blei freizusetzen, ist die Datierung im Konzept einfach. In einem 704 Millionen Jahre alten Gestein hat 235U seine Halbwertszeit und es wird eine gleiche Anzahl von 235U- und 207Pb-Atomen geben (das Pb / U-Verhältnis beträgt 1). In einem doppelt so alten Gestein verbleibt ein 235U-Atom für drei 207Pb-Atome (Pb / U = 3) und so weiter. Mit 238U wächst das Pb / U-Verhältnis mit dem Alter viel langsamer, aber die Idee ist dieselbe. Wenn Sie Steine ​​aller Altersgruppen nehmen und ihre beiden Pb / U-Verhältnisse aus ihren beiden Isotopenpaaren in einem Diagramm gegeneinander auftragen, würden die Punkte eine schöne Linie bilden, die als Konkordie bezeichnet wird (siehe Beispiel in der rechten Spalte)..

Zirkon in Uran-Blei-Datierung

Das beliebteste Mineral unter den U-Pb-Daten ist Zirkon (ZrSiO)₄), aus mehreren guten Gründen.

Erstens mag seine chemische Struktur Uran und hasst Blei. Uran ersetzt leicht Zirkonium, während Blei stark ausgeschlossen ist. Dies bedeutet, dass die Uhr wirklich auf Null steht, wenn sich Zirkon bildet.

Zweitens hat Zirkon eine hohe Abscheidetemperatur von 900 ° C. Seine Uhr wird nicht leicht durch geologische Ereignisse gestört - nicht durch Erosion oder Verfestigung in Sedimentgesteinen, nicht einmal durch moderate Metamorphosen.

Drittens ist Zirkon in magmatischen Gesteinen als primäres Mineral weit verbreitet. Dies macht es besonders wertvoll für die Datierung dieser Gesteine, die keine Fossilien haben, die ihr Alter anzeigen.

Viertens ist Zirkon physikalisch zäh und kann aufgrund seiner hohen Dichte leicht von gebrochenen Gesteinsproben getrennt werden.

Andere Mineralien, die manchmal für die Uran-Blei-Datierung verwendet werden, umfassen Monazit, Titanit und zwei andere Zirkoniummineralien, Baddeleyit und Zirkonolith. Zirkon ist jedoch ein so überwältigender Favorit, dass Geologen oft nur von "Zirkondatierung" sprechen.

Aber auch die besten geologischen Methoden sind nicht perfekt. Bei der Datierung eines Gesteins werden Uran-Blei-Messungen an vielen Zirkonen durchgeführt und anschließend die Qualität der Daten bewertet. Einige Zirkone sind offensichtlich gestört und können ignoriert werden, während andere Fälle schwerer zu beurteilen sind. In diesen Fällen ist das Konkordiendiagramm ein wertvolles Werkzeug.

Concordia und Discordia

Betrachten Sie die Konkordien: Mit zunehmendem Alter bewegen sich die Zirkone entlang der Kurve nach außen. Aber stellen Sie sich jetzt vor, dass ein geologisches Ereignis die Dinge stört, um der Führung zu entkommen. Das würde die Zirkone auf einer geraden Linie auf dem Konkordiendiagramm auf Null zurückbringen. Die gerade Linie entfernt die Zirkone von der Konkordie.

Hier sind Daten von vielen Zirkonen wichtig. Das störende Ereignis wirkt sich ungleichmäßig auf die Zirkone aus, indem es einigen das gesamte Blei und anderen nur einen Teil davon entzieht und einige davon unberührt lässt. Die Ergebnisse dieser Zirkone zeichnen sich daher entlang dieser geraden Linie ab und bilden eine sogenannte Diskordie.

Betrachten wir nun die Diskordie. Wenn ein 1500 Millionen Jahre alter Stein gestört wird, um eine Diskordie zu erzeugen, bleibt er für eine weitere Milliarde Jahre ungestört, und die gesamte Diskordielinie wandert entlang der Kurve der Konkordie und zeigt immer auf das Alter der Störung. Dies bedeutet, dass Zirkondaten nicht nur darüber Auskunft geben können, wann sich ein Gestein gebildet hat, sondern auch, wann wichtige Ereignisse während seines Lebens aufgetreten sind.

Der älteste bisher gefundene Zirkon stammt aus der Zeit vor 4,4 Milliarden Jahren. Vor diesem Hintergrund der Uran-Blei-Methode können Sie die auf der Seite "Frühestes Stück der Erde" der Universität Wisconsin präsentierten Forschungsergebnisse, einschließlich des Aufsatzes aus dem Jahr 2001, vertiefen Natur das verkündete das Rekorddatum.