Uran–bly-datering (U–Pb): principer, tillämpningar och åldrar

Uran–bly-datering (U–Pb): principer, tillämpningar och exakt åldersbestämning (1 Ma–4,5 Ga) för geologi, stratigrafi och kostnadsfri forskning.

Uran–bly (U–Pb) är en av de äldsta och mest raffinerade radiometriska dateringsmetoderna och används för att bestämma åldrar på geologiska händelser från nutid upp till jordens äldsta bildningar.

Principer

Metoden bygger på två separata radioaktiva sönderfallskedjor:

• ²³⁸U → ²⁰⁶Pb, med en halveringstid på cirka 4,47 miljarder år.
• ²³⁵U → ²⁰⁷Pb, med en halveringstid på cirka 704 miljoner år.

Genom att mäta förhållandena mellan U- och Pb-isotoper i ett mineral kan man räkna tillbaka tiden sedan mineralet stelnade eller sist uppförde sig som ett slutet system. Två oberoende sönderfallsslingor ger en inbyggd korskontroll (concordia) som gör det möjligt att upptäcka och kvantifiera störningar som blyförlust eller gain.

Vanliga tillämpningar och mineral

• Zirkon (ZrSiO₄) är det vanligaste mineralet för U–Pb-datering eftersom det tar upp U men i regel utesluter ingående Pb vid kristallisation, vilket ger rena startvillkor.
• Andra användbara mineral är monazit, titanitt (sphene) och baddeleyit — valet beror på bergartstyp och ålder.
• Metoden används för att bestämma kristallisationsåldrar för magmatiska bergarter, tidpunkter för metamorfos, den tidigaste bildningen av kontinentala fragment och åldrar på meteoriter och månbergarter.

Metoder och instrument

U–Pb-åldrar kan bestämmas med olika analytiska tekniker med olika noggrannhet och rumslig upplösning:

• ID-TIMS (Isotope Dilution Thermal Ionization Mass Spectrometry) — mycket hög precision, ofta ner till 0,01–0,1% i bästa fall.
• SIMS/SHRIMP (Secondary Ion Mass Spectrometry / Sensitive High Resolution Ion MicroProbe) — in situ-analys på mikrometerstora områden, typiskt 0,1–1% precision beroende på förhållanden.
• LA-ICP-MS (Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry) — snabb och relativt kostnadseffektiv in situ-metod med precision ofta 0,1–1% för rutinmätningar.

Concordia och discordia

Ett vanligt sätt att presentera U–Pb-data är i en concordia-plot: om ett prov varit ett slutet system sedan bildning ligger punkterna på concordiakurvan. Blyförlust eller senare omfördelning ger punkter under kurvan som kan definiera en discordialinje. Intercepten mellan discordia och concordia ger både ålder för störningen och ursprungsålder.

Pb–Pb-datering och korrigering för gemensamt bly

Det är också möjligt att bestämma åldrar enbart från Pb-isotopförhållanden (bly–bly-datering). Detta används exempelvis när U har förlorats eller när man vill bestämma åldrar för mycket gamla material. En viktig praktisk utmaning i U–Pb-systemet är förekomsten av "common Pb" (icke-radiogent bly som fanns i systemet från början). Common Pb måste korrigeras för, antingen genom analys av mineralets ledningar eller genom isokronmetoder.

Åldersspann och precision

Metoden kan användas över ett mycket stort tidsspann — från ungefär 1 miljon år upp till jordens ålder (>4,5 miljarder år). Precisionen ligger i rutinanalyser ofta i intervallet 0,1–1 procent, medan specialiserade högprecisionstekniker (ID-TIMS) kan nå bättre noggrannhet (0,01–0,1%).

Antaganden och begränsningar

• Antagandet om ett slutet system: ingen U eller Pb har tillförts eller förlorats sedan kristallisation (eller att sådana rubbningar kan kvantifieras).
• Initialt Pb: korrekt hantering av eventuellt initialt (common) Pb är nödvändig.
• Mineralens komplexa tillväxthistoria: zonering i mineralet kan ge flera åldrar och kräver in situ-analys för att tolka.

Historiska exempel

Clair Cameron Patterson, en amerikansk geokemist och pionjär inom radiometriska dateringsmetoder med uran och bly, använde bly–bly- och U–Pb-metoder för att ge en av de tidigaste pålitliga uppskattningarna av jordens ålder. Moderna U–Pb-studier på t.ex. Jack Hills-zirkon från Australien har gett åldrar upp till cirka 4,4 miljarder år, vilket ger viktig information om jordens tidiga historia.

Sammanfattning

U–Pb-datering är ett kraftfullt verktyg för att bestämma geologiska tider över ett mycket stort spann. Kombinationen av två sönderfallskedjor ger intern kontroll mot störningar, och olika analytiska metoder gör det möjligt att balansera precision, rumslig upplösning och tempo. Korrekt tolkning kräver dock noggrann uppmärksamhet på systemets slutenhet, initialt Pb och mineralens historia.

Frågor och svar

F: Vad är uran-bly-datering?

F: Vad är åldersintervallet för uran-bly-datering?

F: Vilket är precisionsintervallet för uran-bly-datering?

F: Hur många sönderfallskedjor är uran-bly-dateringen beroende av?

F: Vad är U-Pb isokron dateringsmetod?

F: Vad är bly-bly-dateringsmetoden?

F: Vem är känd för att ha använt uran-bly-datering för att uppskatta jordens ålder?

Sök med bokstav