ウラン鉛年代測定
百万年単位で測定された曲線に沿った年齢を示すコンコルディア ダイアグラム。
アンドリュー・オールデン
今日使用されているすべての同位体年代測定法の中で、ウラン鉛法は最も古く、慎重に行うと最も信頼性が高くなります。他の方法とは異なり、ウラン鉛には、自然が証拠を改ざんしたことを示す自然なクロスチェックが組み込まれています。
ウラン鉛の基礎
ウラン 原子量が 235 と 238 の 2 つの一般的な同位体があります (235U と 238U と呼びます)。どちらも不安定で放射性があり、核粒子をカスケード状に放出し、鉛 (Pb) になるまで停止しません。 2 つのカスケードは異なります。235U は 207Pb になり、238U は 206Pb になります。この事実が役立つのは、半減期 (原子の半分が崩壊するのにかかる時間) で表されるように、それらが異なる速度で発生することです。 235U–207Pb カスケードの半減期は 7 億 400 万年で、238U–206Pb カスケードの半減期は 44 億 7000 万年です。
そのため、鉱物粒子が形成されると (具体的には、最初にトラップ温度以下に冷却されると)、ウラン鉛の「時計」が実質的にゼロに設定されます。ウランの崩壊によって生成された鉛原子は、結晶内に閉じ込められ、時間の経過とともに濃縮されます。穀物がこの放射性鉛を放出するのを妨げるものがない場合、年代測定はコンセプトとしては簡単です。 7 億 400 万年前の岩石では、235U が半減期を迎え、235U 原子と 207Pb 原子が同数になります (Pb/U 比は 1)。 2 倍古い岩石では、3 つの 207Pb 原子ごとに 1 つの 235U 原子が残ります (Pb/U = 3)、などです。 238U の場合、Pb/U 比は経年変化によりゆっくりと増加しますが、考え方は同じです。すべての年代の岩石を取り、それらの 2 つの同位体ペアからの 2 つの Pb/U 比をグラフ上にプロットすると、点はコンコルディアと呼ばれる美しい線を形成します (右の列の例を参照)。
ウラン鉛年代測定におけるジルコン
U-Pb データーのお気に入りのミネラルは ジルコン (ZrSiO4) 、いくつかの正当な理由があります。
まず、その化学構造はウランを好み、鉛を嫌います。ウランはジルコニウムを簡単に置き換えますが、鉛は強力に除外されます。これは、ジルコンが形成されると時計が真にゼロに設定されることを意味します。
第二に、ジルコンのトラップ温度は 900°C と高い。その時計は簡単には乱れません。 地質学的 イベント—浸食や統合ではありません 堆積岩 、中程度でもない 変成作用 .
第三に、ジルコンは広く普及しています 火成岩 一次鉱物として。これは、年代を示す化石がないこれらの岩石の年代測定に特に価値があります。
第 4 に、ジルコンは密度が高いため、物理的に頑丈で、砕いた岩石サンプルから簡単に分離できます。
ウラン鉛年代測定に使用されることがある他の鉱物には、モナザイト、チタナイト、および他の 2 つのジルコニウム鉱物、バデレイイトとジルコノライトが含まれます。しかし、ジルコンは非常に好まれているため、地質学者は単に「ジルコン年代測定」に言及するだけです。
しかし、最高の地質学的手法でさえ不完全です。岩石の年代測定には、多くのウラン鉛測定が含まれます ジルコン 、次にデータの品質を評価します。一部のジルコンは明らかに乱れており、無視できますが、他のケースは判断が困難です.このような場合、コンコルディア図は貴重なツールです。
一致と不一致
コンコーディアを考えてみましょう。ジルコンは経年変化により曲線に沿って外側に移動します。しかしここで、何らかの地質学的事象が物事を妨害して鉛を逃がしたと想像してみてください。これは、コンコルディア ダイアグラムで直線上のジルコンをゼロに戻します。直線はジルコンをコンコルディアから外します。
これは、多くのジルコンからのデータが重要な場所です。不穏な出来事はジルコンに不平等に影響を与え、あるものからはすべての鉛を剥ぎ取り、他のものからはその一部だけを剥ぎ取り、いくつかは手付かずのままにします。したがって、これらのジルコンからの結果はその直線に沿ってプロットされ、いわゆる不一致が確立されます。
ここで、ディスコーディアについて考えてみましょう。 15 億年前の岩石が撹乱されてディスコーディアが形成され、その後さらに 10 億年間乱されなかった場合、ディスコーディア線全体がコンコーディアの曲線に沿って移動し、常に撹乱の年代を示します。これは、ジルコンのデータから、岩石がいつ形成されたかだけでなく、その生涯で重要な出来事がいつ発生したかを知ることができることを意味します。
これまでに発見された最も古いジルコンは、44 億年前のものです。このようなウラン鉛法に関する背景を理解すれば、ウィスコンシン大学の ' 地球の最初の部分 ' ページを含む 2001年論文 自然 記録達成日を発表しました。