Уран-ториевое датирование

Датирование уран-тория , также называемое датированием тория-230 , датированием неравновесного ряда урана или датированием ряда урана , представляет собой радиометрический метод датирования, разработанный в 1960-х годах и используемый с 1970-х годов для определения возраста материалов из карбоната кальция, таких как образования. или коралл . ^[1]^[2] В отличие от других широко используемых методов радиометрического датирования, таких как датирование рубидием-стронцием или уран-свинцом , метод уран-тория не измеряет накопление стабильного продукта распада конечного члена . Вместо этого он вычисляет возраст на основе степени векового равновесия восстановления между радиоактивным изотопом торием-230 и его радиоактивным родительским ураном-234 в образце.

Фон

Торий не растворяется в природной воде в условиях, существующих на поверхности земли или вблизи нее, поэтому материалы, выращенные в этой воде или из нее, обычно не содержат торий. ^[3] Напротив, уран в некоторой степени растворим во всей природной воде, поэтому любой материал, который выпадает в осадок или выращивается из такой воды, также содержит следы урана, обычно в количествах от нескольких частей на миллиард до нескольких частей на миллион по весу. По прошествии времени после образования такого материала уран-234 в образце с периодом полураспада 245 000 лет распадается на торий-230. ^[4] Торий-230 сам по себе радиоактивен с периодом полураспада 75 000 лет. ^[4] поэтому вместо того, чтобы накапливаться бесконечно (как, например, в случае системы уран-свинец ), торий-230 вместо этого приближается к вековому равновесию со своим радиоактивным родительским ураном-234. При вековом равновесии количество распадов тория-230 в год внутри образца равно количеству образовавшегося тория-230, что также равно количеству распадов урана-234 в год в том же образце.

История

В 1908 году Джон Джоли , профессор геологии Тринити-колледжа в Дублине , обнаружил более высокое содержание радия в глубоких отложениях, чем в отложениях континентального шельфа, и предположил, что обломочные отложения поглощают радий из морской воды. В 1942 году Пиггот и Урри обнаружили, что избыток радия соответствует избытку тория. Потребовалось еще 20 лет, прежде чем эту технику применили к земным карбонатам ( спелеотемам и травертинам ). В конце 1980-х годов метод был усовершенствован с помощью масс-спектрометрии при значительном вкладе Ларри Эдвардса. ^[5]^[6] После того как Виктора Викторовича Чердынцева знаковая книга об уране-234 была переведена на английский язык, U-Th-датирование привлекло широкое внимание исследователей в западной геологии. ^[7]^: 7

Методы

Датирование U-серии — это семейство методов, которые можно применять к различным материалам в разных временных диапазонах. Каждый метод назван в честь изотопов, измеренных для получения даты, в основном дочернего и родительского. Восемь методовперечислены в таблице ниже.

Методы датирования серии U ^[7]
Измеренное соотношение изотопов	Аналитический метод	Временной диапазон ( ка )	Материалы
²³⁰Ч/ ²³⁴В	Альфа спец.; массовая спец.	1–350	Карбонаты, фосфаты, органические вещества
²³¹Хорошо/ ²³⁵В	Альфа спец.	1–300	Карбонаты, фосфаты
²³⁴В/ ²³⁸В	Альфа спец.; массовая спец.	100–1,000	Карбонаты, фосфаты
U-тренд	Альфа спец.	10–1,000(?)	Обломочный осадок
²²⁶Солнце	Альфа спец.	0.5–10	Карбонаты
²³⁰Ч/ ²³²че	Альфа спец.	5–300	Морские отложения
²³¹Хорошо/ ²³⁰че	Альфа спец.	5–300	Морские отложения
⁴Он/Т	массовая спец. (газ)	20–400(?)	Коралл

The ²³⁴В/ ²³⁸Метод U основан на том, что ²³⁴U растворяется преимущественно по сравнению с ²³⁸Ты, потому что, когда ²³⁸Атом U распадается, испуская альфа-лучи , дочерний атом смещается из своего нормального положения в кристалле под действием атомной отдачи . ^[8]Это создает ²³⁴Атом, который быстро становится ²³⁴Атом У. После депонирования урана соотношение ²³⁴Ты, чтобы ²³⁸U возвращается к своему вековому равновесию (при котором радиоактивности обоих веществ равны), при этом расстояние от равновесия уменьшается в 2 раза каждые 245 000 лет.

Материальный баланс для некоторой неизвестной константы $A$ дает такие выражения для коэффициентов активности (при условии, что ²³⁰Th начинается с нуля):

^{234}{\text{U}}/^{238}{\text{U}}=1+A\times 2^{-t/245000}

^{230}{\text{Th}}/^{238}{\text{U}}=1+{\frac {A}{1-75000/245000}}\times 2^{-t/245000}-\left(1+{\frac {A}{1-75000/245000}}\right)\times 2^{-t/75000}

Мы можем решить первое уравнение для $A$ в терминах неизвестного возраста $t$ :

A=(^{234}{\text{U}}/^{238}{\text{U}}-1)\times 2^{t/245000}

Подстановка этого во второе уравнение дает нам уравнение, которое нужно решить относительно $t$ :

^{230}{\text{Th}}/^{238}{\text{U}}=1+{\frac {^{234}{\text{U}}/^{238}{\text{U}}-1}{1-75000/245000}}-2^{-t/75000}-{\frac {^{234}{\text{U}}/^{238}{\text{U}}-1}{1-75000/245000}}\times 2^{t/245000-t/75000}

К сожалению, не существует выражения в замкнутой форме для возраста $t$ , но его легко найти с помощью алгоритмов решения уравнений .

Ограничения на свидания

Верхний возрастной предел уран-ториевого датирования составляет чуть более 500 000 лет и определяется периодом полураспада тория-230, точностью, с которой можно измерить соотношение торий-230/уран-234 в образце, и точностью определения какие известны периоды полураспада тория-230 и урана-234. Используя этот метод для расчета возраста, необходимо также измерить соотношение урана-234 и его родительского изотопа урана-238. ^{[ нужна ссылка ]}

Точность

U-Th-датирование дает наиболее точные результаты, если его применить к осажденному карбонату кальция, то есть в сталагмитах , травертинах и озерных известняках. Кость и панцирь менее надежны. Масс-спектрометрия может достигать точности ± 1%. Точность традиционного альфа-подсчета составляет ±5%. Масс-спектрометрия также использует образцы меньшего размера. ^[9]

См. также

Радиоуглеродное датирование

Ссылки

^ Дэвис, Оуэн (весна 2005 г.). «Уран-ториевое датирование» . Биогеография ЭКОЛОГИЯ 438/538 . Департамент геонаук, Университет Аризоны . Проверено 24 октября 2015 г.
^ Коста, Кассандра М.; Хейс, Кристофер Т.; Андерсон, Роберт Ф.; Павия, Фрэнк Дж.; Бауш, Александра; Дэн, Фейфей; Дютэ, Жан-Клод; Гейберт, Уолтер; Хайнце, Кристоф; Хендерсон, Гидеон; Хиллэр-Марсель, Клод (2020). «230-я нормализация: новый взгляд на важный инструмент для количественной оценки потоков осадочных пород в современном и четвертичном океане» . Палеоокеанография и палеоклиматология . 35 (2): e2019PA003820. Бибкод : 2020EGUGA..22.2186C . дои : 10.1029/2019PA003820 . hdl : 1721.1/133816.2 . ISSN 2572-4525 .
^ «Датирование урана и тория | Изобарная наука» . Изобарная наука | Изотопный анализ стронция — геохимия . Проверено 11 мая 2024 г.
^ Jump up to: ^а ^б Эйткен, MJ (25 февраля 2014 г.). Научно-обоснованное датирование в археологии . Рутледж. п. 124. ИСБН 978-1-317-87149-1 .
^ «Эти два геохимика имеют одну из крупнейших сетей научных публикаций» . Индекс природы . 26 июня 2020 г. Проверено 1 сентября 2023 г.
^ «Уран-ториевое датирование образований» . pubs.geoscienceworld.org . Проверено 1 сентября 2023 г.
^ Jump up to: ^а ^б Шварц, Генри П. (январь 1989 г.). «Урановые серии датирования четвертичных отложений». Четвертичный интернационал . 1 :7–17. Бибкод : 1989QuInt...1....7S . дои : 10.1016/1040-6182(89)90005-0 . (требуется подписка)
^ МБ Андерсон; и др. (8 декабря 2010 г.). «Точное определение открытого океана ²³⁴В/ ²³⁸Состав U» . Геохимия, Геофизика, Геосистемы . 11 (12). doi : 10.1029/2010GC003318 . S2CID 129292401 .
^ Шварц, Генри П. (2005). «Датирование серий урана в палеоантропологии». Эволюционная антропология: проблемы, новости и обзоры . 1 (2): 56–62. дои : 10.1002/evan.1360010207 . S2CID 83851086 .

Внешние ссылки

Шахашири, Басам З. «Уран» . Химическое вещество недели на scifun.org . Химический факультет Университета Висконсин-Мэдисон. Архивировано из оригинала 14 февраля 2015 года . Проверено 24 октября 2015 г.

[1] Дэвис, Оуэн (весна 2005 г.). «Уран-ториевое датирование» . Биогеография ЭКОЛОГИЯ 438/538 . Департамент геонаук, Университет Аризоны . Проверено 24 октября 2015 г.

[2] Коста, Кассандра М.; Хейс, Кристофер Т.; Андерсон, Роберт Ф.; Павия, Фрэнк Дж.; Бауш, Александра; Дэн, Фейфей; Дютэ, Жан-Клод; Гейберт, Уолтер; Хайнце, Кристоф; Хендерсон, Гидеон; Хиллэр-Марсель, Клод (2020). «230-я нормализация: новый взгляд на важный инструмент для количественной оценки потоков осадочных пород в современном и четвертичном океане» . Палеоокеанография и палеоклиматология . 35 (2): e2019PA003820. Бибкод : 2020EGUGA..22.2186C . дои : 10.1029/2019PA003820 . hdl : 1721.1/133816.2 . ISSN 2572-4525 .

[3] «Датирование урана и тория | Изобарная наука» . Изобарная наука | Изотопный анализ стронция — геохимия . Проверено 11 мая 2024 г.

[Aitken2014-4] Jump up to: ^а ^б Эйткен, MJ (25 февраля 2014 г.). Научно-обоснованное датирование в археологии . Рутледж. п. 124. ИСБН 978-1-317-87149-1 .

[5] «Эти два геохимика имеют одну из крупнейших сетей научных публикаций» . Индекс природы . 26 июня 2020 г. Проверено 1 сентября 2023 г.

[6] «Уран-ториевое датирование образований» . pubs.geoscienceworld.org . Проверено 1 сентября 2023 г.

[Schwarcz-7] Jump up to: ^а ^б Шварц, Генри П. (январь 1989 г.). «Урановые серии датирования четвертичных отложений». Четвертичный интернационал . 1 :7–17. Бибкод : 1989QuInt...1....7S . дои : 10.1016/1040-6182(89)90005-0 . (требуется подписка)

[8] МБ Андерсон; и др. (8 декабря 2010 г.). «Точное определение открытого океана ²³⁴В/ ²³⁸Состав U» . Геохимия, Геофизика, Геосистемы . 11 (12). doi : 10.1029/2010GC003318 . S2CID 129292401 .

[9] Шварц, Генри П. (2005). «Датирование серий урана в палеоантропологии». Эволюционная антропология: проблемы, новости и обзоры . 1 (2): 56–62. дои : 10.1002/evan.1360010207 . S2CID 83851086 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]