Datazione al piombo all'uranio

Di tutti i metodi di datazione isotopica in uso oggi, il metodo dell'uranio è il più antico e, se fatto con cura, il più affidabile. A differenza di qualsiasi altro metodo, il piombo all'uranio ha un controllo incrociato naturale incorporato che mostra quando la natura ha manomesso le prove.

Nozioni di base di uranio-piombo

L'uranio è disponibile in due isotopi comuni con pesi atomici di 235 e 238 (li chiameremo 235U e 238U). Entrambi sono instabili e radioattivi, che rilasciano particelle nucleari in una cascata che non si ferma fino a quando non diventano piombo (Pb). Le due cascate sono diverse: 235U diventa 207Pb e 238U diventa 206Pb. Ciò che rende utile questo fatto è che si verificano a velocità diverse, come espresso nelle loro emivite (il tempo necessario per la decadenza della metà degli atomi). La cascata 235U-207Pb ha un'emivita di 704 milioni di anni e la cascata 238U-206Pb è considerevolmente più lenta, con un'emivita di 4,47 miliardi di anni.

Quindi, quando si forma un granulo minerale (in particolare, quando si raffredda per la prima volta al di sotto della sua temperatura di intrappolamento), imposta efficacemente l'orologio "piombo" dell'uranio su zero. Gli atomi di piombo creati dal decadimento dell'uranio sono intrappolati nel cristallo e si accumulano in concentrazione con il tempo. Se nulla disturba il grano per rilasciare qualcuno di questo piombo radiogenico, datarlo è semplice nel concetto. In una roccia di 704 milioni di anni, 235U è alla sua emivita e ci sarà un numero uguale di atomi 235U e 207Pb (il rapporto Pb / U è 1). In una roccia due volte più vecchia, rimarrà un atomo di 235U ogni tre atomi 207Pb (Pb / U = 3), e così via. Con 238U il rapporto Pb / U cresce molto più lentamente con l'età, ma l'idea è la stessa. Se prendessi rocce di tutte le età e tracciassi i loro due rapporti Pb / U dalle loro due coppie di isotopi l'uno contro l'altro su un grafico, i punti formerebbero una bella linea chiamata concordia (vedi l'esempio nella colonna di destra).

Zircone in uranio-piombo incontri

Il minerale preferito tra i daters U-Pb è lo zircone (ZrSiO₄), per diversi buoni motivi.

Innanzitutto, la sua struttura chimica ama l'uranio e odia il piombo. L'uranio sostituisce facilmente lo zirconio mentre il piombo è fortemente escluso. Ciò significa che l'orologio è veramente impostato a zero quando si forma lo zircone.

In secondo luogo, lo zircone ha un'alta temperatura di intrappolamento di 900 ° C. Il suo orologio non è facilmente disturbato da eventi geologici, non dall'erosione o dal consolidamento in rocce sedimentarie, nemmeno da un moderato metamorfismo.

In terzo luogo, lo zircone è diffuso nelle rocce ignee come minerale primario. Ciò lo rende particolarmente prezioso per la datazione di queste rocce, che non hanno fossili per indicare la loro età.

In quarto luogo, lo zircone è fisicamente resistente e facilmente separabile dai campioni di roccia frantumata a causa della sua alta densità.

Altri minerali talvolta usati per la datazione del piombo all'uranio includono monazite, titanite e altri due minerali di zirconio, baddeleyite e zirconolite. Tuttavia, lo zircone è un favorito così schiacciante che i geologi spesso si limitano a "datare lo zircone".

Ma anche i migliori metodi geologici sono imperfetti. La datazione di una roccia comporta misurazioni del piombo all'uranio su molti zirconi, quindi la valutazione della qualità dei dati. Alcuni zirconi sono ovviamente disturbati e possono essere ignorati, mentre altri casi sono più difficili da giudicare. In questi casi, il diagramma della concordia è uno strumento prezioso.

Concordia e Discordia

Considera la concordia: con l'invecchiamento degli zirconi, si spostano verso l'esterno lungo la curva. Ma ora immagina che alcuni eventi geologici disturbino le cose per sfuggire al piombo. Ciò porterebbe gli zirconi su una linea retta a zero sul diagramma della concordia. La linea retta toglie gli zirconi dalla concordia.

È qui che sono importanti i dati di molti zirconi. L'evento inquietante colpisce gli zirconi in modo diseguale, togliendo tutto il piombo da alcuni, solo una parte di esso da altri e lasciando alcuni intatti. I risultati di questi zirconi quindi tracciano lungo quella linea retta, stabilendo quella che viene chiamata discordia.

Ora considera la discordia. Se una roccia di 1500 milioni di anni viene disturbata per creare una discordia, quindi rimane indisturbata per un altro miliardo di anni, l'intera linea della discordia migrerà lungo la curva della concordia, indicando sempre l'età del disturbo. Ciò significa che i dati di zircone possono dirci non solo quando si è formata una roccia, ma anche quando si sono verificati eventi significativi durante la sua vita.

Il più antico zircone ancora trovato risale a 4,4 miliardi di anni fa. Con questo background nel metodo del piombo all'uranio, potresti avere un apprezzamento più profondo della ricerca presentata nella pagina "Il primo pezzo di terra" dell'Università del Wisconsin, incluso il documento del 2001 in Natura che ha annunciato la data di record.