אודות הכרויות עם עופרת אורניום

מבין כל שיטות התיארוך האיזוטופי הנהוגות כיום, שיטת עופרת האורניום היא הוותיקה ביותר, וכשנעשית בזהירות, היא אמינה ביותר. בשונה מכל שיטה אחרת, לעופרת אורניום מובנה בתוכו בדיקת צולבות טבעית שמראה מתי הטבע התמודד עם העדויות.

אורניום מגיע בשני איזוטופים נפוצים עם משקולות אטומיות של 235 ו- 238 (נקרא להם 235U ו- 238U). שניהם אינם יציבים ורדיואקטיביים, משילים חלקיקים גרעיניים במפל שאינו נעצר עד שהם הופכים לעופרת (Pb). שני המפסלים שונים זה מזה - 235U הופכים ל 207Pb ו- 238U הופכים ל 206Pb. מה שעושה עובדה זו מועילה זה הם מתרחשים בשיעורים שונים, כפי שהם באים לידי ביטוי במחצית החיים שלהם (הזמן שנדרש לחצי האטומים) ריקבון). מפל 235U – 207Pb הוא בעל מחצית חיים של 704 מיליון שנים, ומפלגת 238U – 206Pb איטית יותר עם אורך החיים של 4.47 מיליארד שנים.

כך שכאשר נוצר גרגר מינרלי (באופן ספציפי כשהוא מתקרר לראשונה מתחת לטמפרטורת הלכידה שלו), הוא למעשה מגדיר את "שעון" עופרת האורניום לאפס. אטומי עופרת הנוצרים על ידי ריקבון אורניום כלואים בגביש ונבנים בריכוז עם הזמן. אם שום דבר לא מפריע לדגן כדי לשחרר אף אחד מהעופרת הרדיוגנית הזו, היכרויות זה פשוט במושג. בסלע בן 704 מיליון שנה, 235U הוא במחצית החיים שלו ויהיה מספר שווה של אטומים 235U ו- 207Pb (יחס Pb / U הוא 1). בסלע הישן כפליים יישאר אטום 235U לכל שלושת האטומים של 207Pb (Pb / U = 3) וכן הלאה. עם 238U יחס ה- Pb / U גדל לאט בהרבה עם הגיל, אך הרעיון הוא זהה. אם לקחתם סלעים מכל הגילאים ותזימתם את שני יחסי ה- Pb / U משני זוגות האיזוטופים שלהם כנגד כל אחד מהם אחרים בתרשים, הנקודות היו יוצרים קו יפה המכונה קונקורדייה (ראו את הדוגמא מימין טור).

המינרל החביב ביותר בין תאריכי ה- U-Pb הוא זירקון (ZrSiO₄), מכמה סיבות טובות.

ראשית, המבנה הכימי שלה אוהב אורניום ושונא עופרת. אורניום מחליף בקלות זירקוניום ואילו עופרת אינה נכללת בתוקף. משמעות הדבר היא שהשעון מוגדר לאפס כאשר נוצרים זירקונים.

שנית, לזירקון טמפרטורת לכידה גבוהה של 900 מעלות צלזיוס. לא קל להפריע לשעון שלו גיאולוגית אירועים - לא שחיקה או התגבשות סלעי משקע, אפילו לא מתון מטמורפיזם.

שלישית, זירקון נפוצה ב סלעים עורקים כמינרל ראשוני. זה הופך את זה ליקר במיוחד עבור תיארוך סלעים אלה, שאין להם מאובנים שיצביעו על גילם.

רביעית, הזירקון קשוח פיזית ומופרד בקלות מדגמי סלע כתושים בגלל צפיפותו הגבוהה.

מינרלים אחרים המשמשים לעתים לתיארוך עופרת אורניום כוללים מונאזיט, טיטניט ושני מינרלים אחרים מזירקוניום, בדלייט וזירקונוליט. עם זאת, זירקון הוא כל כך חביב על הגאולוגים, עד שלעתים קרובות גיאולוגים מתייחסים ל"תארוך זירקון ".

אבל אפילו השיטות הגיאולוגיות הטובות ביותר אינן מושלמות. תיארוך סלע כרוך במדידות עופרת אורניום על רבים זירקוניםואז להעריך את איכות הנתונים. ברור שזירקונים מסוימים מופרעים ואפשר להתעלם מהם, בעוד שקרים אחרים קשה לשפוט אותם. במקרים אלה, תרשים הקונקורדיה הוא כלי חשוב.

קחו למשל את הקונקורדיה: ככל שהזירקונים מתבגרים הם נעים החוצה לאורך העקומה. אך כעת דמיין שאירוע גיאולוגי כלשהו מפריע לדברים בכדי להוביל את המוליך. זה ייקח את הזירקונים בקו ישר חזרה לאפס בתרשים הקונקורדיה. הקו הישר מוריד את הזירקונים מהקונקורדיה.

זה המקום בו נתונים מזירקונים רבים חשובים. האירוע המטריד משפיע על הזירקונים באופן לא שווה, מפשיט את כל העופרת מכמה, רק חלק ממנו מאחרים ומותיר חלקם לא נגועים. התוצאות מזירקונים אלה נושרות אפוא לאורך קו ישר זה, ומבססות את מה שנקרא דיסקורדיה.

עכשיו שקלו את הדיסקורדיה. אם רוק בן 1500 מיליון שנה מופרע כדי ליצור דיסקורדיה, אז הוא לא יפריע עוד מיליארד שנים, כל קו הדיסקורדיה יעבור לאורך עקומת הקונקורדיה, תמיד מצביע על גיל ה- הפרעה. המשמעות היא שנתוני זירקון יכולים לספר לנו לא רק מתי נוצר סלע, ​​אלא גם מתי התרחשו אירועים משמעותיים במהלך חייו.

הזירקון הוותיק ביותר שנמצא עד כה נמשך מלפני 4.4 מיליארד שנה. עם רקע זה בשיטת עופרת האורניום, יתכן שתעריך עמוק יותר את המחקר שהוצג באוניברסיטת ויסקונסין "חתיכת כדור הארץ הקדומה ביותר", כולל הדף שנת 2001 בשנת טבע שהודיע ​​על תאריך קביעת הרשומה.