Свидание-свидание

Свинцово-свинцовое датирование - это метод датировки геологических образцов, обычно основанный на образцах «цельной породы» таких материалов, как гранит. Для большинства требований датирования его заменили датирование ураном и свинцом (датирование U-Pb), но в некоторых особых ситуациях (например, датирование метеоритов и возраст Земли ) оно более важен, чем датирование U – Pb.

• 1 Уравнения распада для обычного Pb – Pb датирования
• 2 Формирование геохрона
• 3 Точное датирование Pb – Pb метеоритов
• 4 Ссылки

Существует три стабильных «дочерних» изотопа свинца, образующихся в результате радиоактивного распада урана и тория в природе; это Pb, Pb и Pb. Pb является единственным не- радиогенным изотопом свинца, поэтому не является одним из дочерних изотопов. Эти дочерние изотопы являются конечными продуктами распада цепочек радиоактивного распада U и Th, начиная с U, U и Th соответственно. С течением времени конечный продукт распада накапливается, так как родительский изотоп распадается с постоянной скоростью. Это сдвигает соотношение радиогенного свинца по сравнению с нерадиогенным свинцом (Pb / Pb или Pb / Pb) в пользу радиогенного свинца или свинца. Это может быть выражено следующими уравнениями распада:

$(Pb\; 207\; Pb\; 204)\; P\; =\; (Pb\; 207\; Pb\; 204)\; I\; +\; (U\; 235\; Pb\; 204)\; P\; (e\; \lambda \; 235\; t\; -\; 1)\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; left\; (\{\backslash \; frac\; \{\{\backslash \; ce\; \{^\; \{207\}\; Pb\}\}\}\; \{\{\backslash \; ce\; \{^\; \{204\}\; Pb\}\}\}\}\; \backslash \; right)\; \_\; \{P\}\}\; =\; \{\backslash \; left\; (\{\backslash \; frac\; \{\{\backslash \; ce\; \{^\; \{207\}\; Pb\}\}\}\; \{\{\backslash \; ce\; \{^\; \{204\}\; Pb\}\}\}\}\; \backslash \; right)\; \_\; \{I\}\}\; +\; \{\backslash \; left\; (\{\backslash \; frac\; \{\{\backslash \; ce\; \{^\; \{235\}\; U\; \}\}\}\; \{\{\backslash \; ce\; \{^\; \{204\}\; Pb\}\}\}\}\; \backslash \; right)\; \_\; \{P\}\}\; \{\backslash \; left\; (\{e\; ^\; \{\backslash \; lambda\; \_\; \{235\}\; t\}\; -1\}\; \backslash \; right)\}\}$

$(Pb\; 206\; Pb\; 204)\; P\; =\; (Pb\; 206\; Pb\; 204)\; I\; +\; (U\; 238\; Pb\; 204)\; P\; (е\; \lambda \; 238\; t\; -\; 1)\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; left\; (\{\backslash \; frac\; \{\{\backslash \; ce\; \{^\; \{\; 206\}\; Pb\}\}\}\; \{\{\backslash \; ce\; \{^\; \{204\}\; Pb\}\}\}\}\; \backslash \; right)\; \_\; \{P\}\}\; =\; \{\backslash \; left\; (\{\backslash \; frac\; \{\{\backslash \; ce\; \{^\; \{206\}\; Pb\}\}\}\; \{\; \{\backslash \; ce\; \{^\; \{204\}\; Pb\}\}\}\}\; \backslash \; right)\; \_\; \{I\}\}\; +\; \{\backslash \; left\; (\{\backslash \; frac\; \{\{\backslash \; ce\; \{^\; \{238\}\; U\}\}\}\; \{\{\backslash \; ce\; \{^\; \{204\; \}\; Pb\}\}\}\}\; \backslash \; right)\; \_\; \{P\}\}\; \{\backslash \; left\; (\{e\; ^\; \{\backslash \; lambda\; \_\; \{238\}\; t\}\; -1\}\; \backslash \; right)\}\}$

где нижние индексы P и I относятся к представлению -дневное и начальное изотопное отношение Pb, λ 235 и λ 238 - константы распада U и U, а t - возраст.

Концепция обычного датирования Pb – Pb (также называемого датированием изотопом свинца всей породы) была выведена путем математической обработки приведенных выше уравнений. Это было установлено путем деления первого приведенного выше уравнения на второе в предположении, что система U / Pb не была возмущена. Это преобразованное уравнение образовало:

$[(Pb\; 207\; Pb\; 204)\; P\; -\; (Pb\; 207\; Pb\; 204)\; I\; (Pb\; 206\; Pb\; 204)\; P\; -\; (Pb\; 206\; Pb\; 204)\; I]\; =\; (1\; 137,88)\; (e\; \lambda \; 235\; t\; -\; 1\; е\; \lambda \; 238\; т\; -\; 1)\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; left\; [\{\backslash \; frac\; \{\backslash \; left\; (\{\backslash \; frac\; \{\{\backslash \; ce\; \{^\; \{207\}\; Pb\}\}\}\; \{\{\backslash \; ce\; \{^\; \{204\}\; Pb\}\})\; \}\}\; \backslash \; right)\; \_\; \{P\}\; -\; \backslash \; left\; (\{\backslash \; frac\; \{\{\backslash \; ce\; \{^\; \{207\}\; Pb\}\}\}\; \{\{\backslash \; ce\; \{^\; \{204\}\; Pb\}\}\}\}\; \backslash \; right)\; \_\; \{I\}\; \}\; \{\backslash \; left\; (\{\backslash \; frac\; \{\{\backslash \; ce\; \{^\; \{206\}\; Pb\}\}\}\; \{\{\backslash \; ce\; \{^\; \{204\}\; Pb\}\}\}\}\; \backslash \; right)\; \_\; \{P\}\; -\; \backslash \; left\; (\{\backslash \; frac\; \{\; \{\backslash \; ce\; \{^\; \{206\}\; Pb\}\}\}\; \{\{\backslash \; ce\; \{^\; \{204\}\; Pb\}\}\}\}\; \backslash \; right)\; \_\; \{I\}\}\}\; \backslash \; right]\; =\; \{\backslash \; left\; (\{\backslash \; frac\; \{1\}\; \{\; 137.88\}\}\; \backslash \; right)\}\; \{\backslash \; left\; (\{\backslash \; frac\; \{e\; ^\; \{\backslash \; lambda\; \_\; \{235\}\; t\}\; -1\}\; \{e\; ^\; \{\backslash \; lambda\; \_\; \{238\}\; t\}\; -1\}\}\; \backslash \; right)\}\}$

, где коэффициент 137,88 - это текущее соотношение U / U. Как видно из уравнения, начальные отношения изотопов Pb, а также возраст системы являются двумя факторами, которые определяют современный изотопный состав Pb. Если образец ведет себя как замкнутая система, то при построении графика разницы между текущим и исходным отношениями Pb / Pb и Pb / Pb должна получиться прямая линия. Расстояние, на которое точка перемещается по этой линии, зависит от отношения U / Pb, тогда как наклон линии зависит от времени, прошедшего с момента образования Земли. Впервые это было установлено Nier et al., 1941.

Развитие геохрона в основном было приписано заявлению Клера Кэмерона Паттерсона. Pb – Pb датирования метеоритов в 1956 г. Измерены Pb-отношения трех каменных и двух железных метеоритов. Тогда датирование метеоритов поможет Паттерсону определить не только возраст этих метеоритов, но и возраст образования Земли. Датируя метеориты, Паттерсон напрямую датировал возраст различных планетезималей. Если предположить, что процесс дифференциации элементов на Земле идентичен, как и на других планетах, ядро ​​этих планетезималей будет обеднено ураном и торием, тогда как кора и мантия будут содержать более высокие отношения U / Pb. При столкновении планетезималей разлетались различные фрагменты и образовывались метеориты. Железные метеориты были идентифицированы как части ядра, а каменные метеориты были сегментами мантии и коры этих различных планетезималей.

• 

  Железный метеорит найден в каньоне Диабло

• 

  Удар метеорита

• 

  Рис. 1. Изохронная диаграмма Pb – Pb

Образцы железного метеорита из каньона Диабло (Метеоритный кратер ) Было обнаружено, что в Аризоне самый низкий радиогенный состав из всех материалов Солнечной системы. Отношение U / Pb было настолько низким, что в изотопном составе не было обнаружено радиогенного распада. Как показано на рисунке 1, эта точка определяет нижний (левый) конец изохроны. Таким образом, троилит, обнаруженный в каньоне Диабло, представляет собой первобытный изотопный состав свинца солнечной системы, датируемый 4,55 +/- 0,07 млрд лет.

Каменные метеориты, однако, показали очень высокие отношения Pb / Pb по сравнению с Pb / Pb, что указывает на то, что эти образцы были получены из коры или мантии планетезималей. Вместе эти образцы определяют изохрону, наклон которой дает возраст метеоритов 4.55 млрд лет.

Паттерсон также проанализировал земные отложения, собранные со дна океана, которые, как полагали, были репрезентативными для состава Земли. Поскольку изотопный состав этого образца нанесен на изохрону метеорита, это предполагает, что Земля имеет тот же возраст и происхождение, что и метеориты, что позволяет определить возраст Земли и дать начало названию «геохрон».

Изохронная диаграмма изотопов свинца, использованная К.С. Паттерсоном для определения возраста Земли в 1956 году. Анимация показывает постепенный рост на протяжении 4550 миллионов лет (млн лет) соотношений изотопов свинца для двух каменных метеоритов (Нуэво-Ларедо и Форест-Сити) от первоначального соотношения изотопов свинца совпадают с таковыми в железном метеорите Каньон Диабло.

Изохроны Pb – Pb для древнейшего известного материала в солнечной системе.

Хондры и включения, богатые кальцием и алюминием (CAIs) представляют собой сферические частицы, которые составляют хондритовые метеориты и считаются самыми древними объектами в Солнечной системе. Следовательно, точное датирование этих объектов важно для ограничения ранней эволюции Солнечной системы и возраста Земли. Метод U – Pb датирования может дать наиболее точный возраст ранних объектов Солнечной системы благодаря оптимальному периоду полураспада U. Однако отсутствие циркона или других богатых ураном минералов в хондритах и наличие исходного нерадиогенного свинца (обычного свинца) исключает прямое использование метода конкордии U-Pb. Поэтому наиболее точным методом датирования этих метеоритов является метод Pb – Pb, который позволяет вносить поправки на обычный Pb.

Когда содержание Pb относительно низкое, этот изотоп имеет большие ошибки измерения, чем другой Pb. изотопов, что приводит к очень сильной корреляции ошибок между измеренными отношениями. Это затрудняет определение аналитической неопределенности возраста. Чтобы избежать этой проблемы, исследователи разработали «альтернативную изохронную диаграмму Pb – Pb» (см. Рисунок) с уменьшенной корреляцией ошибок между измеренными отношениями. На этой диаграмме отношение Pb / Pb (обратное нормальному отношению) отложено по оси x, так что точка на оси y (нулевой Pb / Pb) будет иметь бесконечно радиогенный Pb. Отношение, нанесенное на эту ось, представляет собой отношение Pb / Pb, соответствующее наклону нормальной изохроны Pb / Pb, которая дает возраст. Наиболее точный возраст получают по образцам вблизи оси ординат, что было достигнуто путем поэтапного выщелачивания и анализа образцов.

Ранее, при применении альтернативной изохронной диаграммы Pb – Pb, изотопные отношения U / U считались неизменными для метеоритного материала. Однако было показано, что отношения U / U варьируются в зависимости от метеоритного материала. Чтобы приспособиться к этому, анализ датирования Pb-Pb с поправкой на U используется для определения возраста самого старого твердого материала в Солнечной системе с использованием пересмотренного значения U / U 137,786 ± 0,013 для представления среднего отношения изотопов U / U в объеме внутренней солнечной системы.

В результате датирования Pb-Pb с поправкой на U был получен возраст 4567,35 ± 0,28 млн лет для CAIs (A) и хондр с возрастом от 4567,32 ± 0,42 до 4564,71 ± 0,30 млн лет (B и C) ( см. рисунок). Это подтверждает идею о том, что кристаллизация CAI и образование хондр произошли примерно в одно время во время формирования Солнечной системы. Тем не менее, хондры продолжали формироваться в течение примерно 3 млн. Лет после CAI. Следовательно, лучший возраст для первоначального образования Солнечной системы - 4567,7 млн ​​лет. Эта дата также представляет время начала планетарной аккреции. Последовательные столкновения между аккрецированными телами привели к формированию все более и более крупных планетезималей, окончательно сформировав систему Земля – Луна в результате гигантского столкновения.

Разница в возрасте между CAI и хондрами, измеренная в этих исследованиях, подтверждает хронологию ранней солнечной системы, полученную с помощью методов вымерших короткоживущих нуклидов, таких как Al-Mg, что улучшает наше понимание развития Солнечной системы. и формирование земли.