Введение

Тип радиометрического датирования
Уран-свинцовое датирование, сокращенно U–Pb датирование, является одним из старейших и наиболее точных методов радиометрического датирования. Его можно использовать для датирования горных пород, образовавшихся и кристаллизовавшихся от примерно 1 миллиона до более чем 4,5 миллиардов лет назад, с обычной точностью в пределах 0,1–1 процента. Обычно этот метод применяется к циркону. Этот минерал включает атомы урана и тория в свою кристаллическую структуру, но активно отторгает свинец при формировании. В результате, вновь образовавшиеся кристаллы циркона не содержат свинца, что означает, что любой свинец, обнаруженный в минерале, является радиогенным. Поскольку точная скорость распада урана в свинец известна, текущее соотношение свинца к урану в образце минерала может быть надежно использовано для определения его возраста. Метод основан на двух отдельных цепочках распада: урановой серии от 238U до 206Pb с периодом полураспада 4,47 миллиарда лет и актиниевой серии от 235U до 207Pb с периодом полураспада 710 миллионов лет.

Пути распада

Уран распадается до свинца посредством серии альфа- и бета-распада, в ходе которых 238U и его дочерние нуклиды претерпевают в общей сложности восемь альфа- и шесть бета-распада, в то время как 235U и его дочерние нуклиды – только семь альфа- и четыре бета-распада. Существование двух "параллельных" путей распада урана-свинца (238U в 206Pb и 235U в 207Pb) обуславливает возможность использования множества методов датирования в рамках общей U–Pb системы. Термин U–Pb датирование обычно подразумевает совместное использование обеих схем распада в "диаграмме конкордии" (см. ниже). Однако использование одной схемы распада (обычно 238U в 206Pb) приводит к методу изохронного U–Pb датирования, аналогичному методу рубидий-стронциевого датирования. Наконец, возраст также можно определить по U–Pb системе путем анализа только соотношений изотопов свинца. Этот метод называется свинцово-свинцовым датированием. Клэр Кэмерон Паттерсон, американский геохимик, пионер в области изучения уран-свинцовых радиометрических методов датирования, использовал их для получения одной из первых оценок возраста Земли.

Минералогия

Хотя циркон (ZrSiO4) используется наиболее часто, также могут применяться и другие минералы, такие как монозит (см. геохронологию монозита), титанит и бадделейит. В тех случаях, когда невозможно получить кристаллы, подобные циркону, содержащие включения урана и тория, методы уран-свинцового датирования также применяются к другим минералам, таким как кальцит/арагонит и другие карбонатные минералы. Эти минералы часто дают менее точные результаты датирования по сравнению с традиционно используемыми для определения возраста магматическими и метаморфическими минералами, но они более распространены в геологической летописи.

Механизм

Во время стадий альфа-распада кристалл циркона испытывает радиационное повреждение, связанное с каждым актом альфа-распада. Это повреждение наиболее концентрируется вблизи родительского изотопа (U и Th), выталкивая дочерний изотоп (Pb) из его первоначального положения в кристаллической решетке циркона. В областях с высокой концентрацией родительского изотопа повреждение кристаллической решетки весьма значительно и часто образует взаимосвязанную сеть радиационно поврежденных областей.