U–Pb-datering (uran–bly): Radiometrisk metode til aldersbestemmelse
U–Pb-datering (uran–bly): Præcis radiometrisk aldersbestemmelse fra 1 mio. år til over 4,5 mia. år – metoder, præcision og Pb-isotopanalyse forklaret.
Uran-bly er en af de ældste og mest raffinerede radiometriske dateringsmetoder.
Den kan bruges i et aldersinterval på omkring 1 million år til over 4,5 milliarder år. Præcisionen ligger i intervallet 0,1-1 procent.
Metoden er baseret på to separate henfaldskæder, uran-serien fra 238U til 206Pb med en halveringstid på 4,47 milliarder år og actinium-serien fra 235U til 207Pb med en halveringstid på 704 millioner år.
Eksistensen af to "parallelle" uran-bly-henfaldsveje muliggør flere dateringsteknikker inden for det overordnede U-Pb-system.
Udtrykket "U-Pb-datering" indebærer normalt en kombineret anvendelse af begge henfaldsmetoder. Anvendelse af et enkelt henfaldsskema (normalt238U til 206Pb) fører imidlertid til U-Pb isochron-dateringsmetoden, der svarer til rubidium-strontium-dateringsmetoden.
Endelig kan aldre også bestemmes ud fra U-Pb-systemet ved analyse af Pb-isotopforhold alene. Dette kaldes bly-bly-dateringsmetoden. Clair Cameron Patterson, en amerikansk geokemiker, der var pioner inden for undersøgelser af radiometriske dateringsmetoder med uran og bly, er berømt for at have brugt denne metode til at opnå et af de tidligste nøjagtige skøn over Jordens alder.
Princip og beregning
U–Pb-datering bygger på radioaktivt henfald: uran-isotoper omdannes over tid til bly-isotoper med kendte halveringstider. Ved at måle forholdet mellem forælderisotoperne (238U og 235U) og datterisotoperne (206Pb og 207Pb) i et mineral kan man regne alder ud ved hjælp af henfaldsligninger. Når begge henfaldskæder anvendes sammen, kan man plotte målepunkter i et såkaldt Concordia-diagram og få en robust alder på prøven.
Concordia og discordia
- Concordia-kurven viser de teoretiske kombinerede 207Pb/235U- og 206Pb/238U-forhold, som en lukket (ubevægelig) prøve vil følge over tid. Et målepunkt på kurven indikerer en "koncordant" alder.
- Discordia-linjen opstår, når prøver har mistet eller fået tilført bly eller uran efter den oprindelige dannelse (f.eks. ved metamorfose eller kemisk påvirkning). En linje gennem flere prøvers målepunkter kan skære Concordia-kurven i to punkter, der ofte tolkes som tidspunkter for dannelse og senere forstyrrelse.
Typiske mineralske værter og praktisk prøveudtagning
De mest anvendte mineraler til U–Pb-datering er zircon (ZrSiO4) og baddeleyite (ZrO2). Disse mineraler inkorporerer uran ved krystalliseringen, men afviser næsten alt bly, hvilket gør dem ideelle til nøjagtige aldre. Andre mineraler som titanitt, monazit og xenotim bruges også, men kan kræve særlige korrektioner for fælles (initialt) bly.
God prøveudtagning og rensning af mineraler er afgørende: små zoner, inklusioner eller overfladebeskadigelse kan give falske resultater. Mange studier benytter fraktionering og mikroskopisk udvælgelse før analyse.
Metoder og instrumenter
- ID-TIMS (Isotope Dilution Thermal Ionization Mass Spectrometry) er den mest præcise metode, ofte brugt til standarder og højnøjagtige aldersbestemmelser. Præcision kan være langt under 0,1% i ideelle tilfælde.
- SIMS/SHRIMP (Secondary Ion Mass Spectrometry / Sensitive High-Resolution Ion MicroProbe) tillader in situ-analyser af zoner i enkeltkorn og overlappende hændelser inden for et enkelt krystal.
- LA-ICP-MS (Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry) giver hurtigere, rumligt opløste data med moderat præcision og er velegnet til screening og geokemisk kontekst.
Forudsætninger og begrænsninger
- Lukket system: Metoden antager, at mineralet efter dannelse har opført sig som et lukket system for U og Pb. Ledtab ved opvarmning eller kemisk påvirkning kan give forkerte aldre.
- Initialt bly: Nogle prøver indeholder et stykke bly, der ikke stammer fra uranhenfald i værtsmineralet. Det korrigeres ofte ved at måle 204Pb eller ved at bruge Concordia/discordia-tilgang.
- Dokumentation af geologisk sammenhæng: U–Pb-resultater skal fortolkes i sammenhæng med petrographi og geologi for at skelne dannelsesaldre fra senere termiske hændelser.
Anvendelser
U–Pb-datering bruges bredt i geologi til:
- alderbestemmelse af magmatiske og metamorfiske begivenheder,
- bygge tidslige rammer for sedimentære lag (via aflejrede zirkon),
- kalibrering af geokronologiske skalaer og hændelsesrekonstruktioner (f.eks. vulkanske aske-lag),
- undersøgelser af Jordens tidlige historie og dannelsen af skorpe, samt bestemmelse af præcise tider for metamorfose og mineralisering.
Historie og betydning
Metoderne blev udviklet gennem det 20. århundrede, og Clair Patterson spillede en central rolle i anvendelsen af Pb-isotopmetoder til at estimere Jordens alder. Hans arbejde med Jordens alder og korrektion for forurening af prøver var afgørende for at etablere en pålidelig alder på omkring 4,55 milliarder år.
Præcision og tolkning
Den rapporterede præcision afhænger af metode og prøvekvalitet. Mens ID-TIMS kan nå meget høje nøjagtigheder, er in situ-metoder som SHRIMP og LA-ICP-MS nyttige til at belyse komplekse zoneringer i enkeltkrystaller. Fortolkning af resultater kræver ofte en kombination af metoder og en vurdering af Concordia/discordia-mønstre.
Konklusion: U–Pb-datering er et alsidigt og robust værktøj i geokronologi. Med korrekt prøvebehandling, passende metoder og kritisk fortolkning kan det give nogle af de mest pålidelige aldre for geologiske processer fra millioner til flere milliarder år.
Mineralogi
Uran-bly-datering udføres normalt på mineralet zircon (ZrSiO4 ), men kan også bruges på andre mineraler. Zircon inkorporerer uran- og thoriumatomer i sin krystallinske struktur, men afviser kraftigt bly. Derfor kan vi antage, at hele blyindholdet i zirkon er radiogent. Hvis dette ikke er tilfældet, skal der anvendes en korrektion. Uran-bly-dateringsteknikker er også blevet anvendt på andre mineraler som f.eks. calcit/aragonit og andre karbonatmineraler. Disse mineraler giver ofte aldre med lavere præcision end de magmatiske og metamorfe mineraler, der traditionelt anvendes til aldersdatering, men de er mere almindelige i de geologiske optegnelser.
Spørgsmål og svar
Q: Hvad er uran-bly-datering?
A: Uran-bly-datering er et radiometrisk dateringsskema, der bygger på to separate henfaldskæder, uran-serien fra 238U til 206Pb og actinium-serien fra 235U til 207Pb.
Q: Hvad er aldersintervallet for uran-bly-datering?
A: Uran-bly-datering kan bruges over et aldersinterval på omkring 1 million år til over 4,5 milliarder år.
Q: Hvad er præcisionsintervallet for uran-bly-datering?
A: Præcisionsintervallet for uran-bly-datering ligger i intervallet 0,1-1 procent.
Q: Hvor mange henfaldskæder er uran-bly-datering afhængig af?
A: Uran-bly-datering baserer sig på to separate henfaldskæder, uranserien fra 238U til 206Pb og actiniumserien fra 235U til 207Pb.
Q: Hvad er U-Pb-isokron-dateringsmetoden?
A: U-Pb-isokron-dateringsmetoden er en teknik inden for det overordnede U-Pb-system, der bruger et enkelt henfaldsskema (normalt 238U til 206Pb) til at bestemme alderen på en prøve.
Q: Hvad er bly-bly-dateringsmetoden?
A: Bly-bly-dateringsmetoden er en teknik inden for U-Pb-systemet, der bestemmer aldre ved at analysere Pb-isotopforholdene alene.
Q: Hvem er berømt for at bruge uran-bly-datering til at estimere Jordens alder?
A: Clair Cameron Patterson, en amerikansk geokemiker, er berømt for at have brugt radiometriske dateringsmetoder med uran-bly til at opnå et af de tidligste nøjagtige estimater af Jordens alder.
Søge