Sobre namoro com urânio-chumbo

De todos os métodos de datação isotópica em uso atualmente, o método de chumbo-urânio é o mais antigo e, quando feito com cuidado, o mais confiável. Diferente de qualquer outro método, o chumbo-urânio possui uma verificação cruzada natural que mostra quando a natureza violou as evidências.

Urânio vem em dois isótopos comuns com pesos atômicos de 235 e 238 (vamos chamá-los de 235U e 238U). Ambos são instáveis ​​e radioativos, lançando partículas nucleares em uma cascata que não pára até que se tornem chumbo (Pb). As duas cascatas são diferentes - 235U se torna 207Pb e 238U se torna 206Pb. O que torna esse fato útil é que ocorrem em taxas diferentes, conforme expresso em suas meias-vidas (o tempo que leva para a metade dos átomos decair). A cascata de 235U-207Pb tem uma meia-vida de 704 milhões de anos e a cascata de 238U-206Pb é consideravelmente mais lenta, com uma meia-vida de 4,47 bilhões de anos.

Então, quando um grão mineral se forma (especificamente, quando ele esfria abaixo da temperatura de captura), efetivamente ajusta o "relógio" do chumbo com urânio para zero. Átomos de chumbo criados por decaimento de urânio ficam presos no cristal e se acumulam com o tempo. Se nada perturba o grão para liberar qualquer um desses chumbo radiogênico, é um conceito simples. Em uma rocha de 704 milhões de anos, a 235U está na meia-vida e haverá um número igual de átomos de 235U e 207Pb (a proporção Pb / U é 1). Em uma rocha com o dobro da idade, restará um átomo de 235U para cada três átomos de 207Pb (Pb / U = 3) e assim por diante. Com 238U, a proporção Pb / U cresce muito mais lentamente com a idade, mas a idéia é a mesma. Se você pegou rochas de todas as idades e plotou suas duas relações Pb / U de seus dois pares de isótopos outro em um gráfico, os pontos formariam uma bela linha chamada concordia (veja o exemplo à direita) coluna).

O mineral favorito entre os datadores de U-Pb é zircão (ZrSiO₄), por várias boas razões.

Primeiro, sua estrutura química gosta de urânio e odeia chumbo. O urânio substitui facilmente o zircônio, enquanto o chumbo é fortemente excluído. Isso significa que o relógio é realmente ajustado a zero quando o zircão se forma.

Segundo, o zircão tem uma alta temperatura de captura de 900 ° C. Seu relógio não é facilmente perturbado por geológico eventos - não erosão ou consolidação em rochas sedimentaresnem moderado metamorfose.

Terceiro, o zircão é generalizado em Rochas ígneas como um mineral primário. Isso o torna especialmente valioso para datar essas rochas, que não têm fósseis para indicar sua idade.

Quarto, o zircão é fisicamente resistente e facilmente separado das amostras de rocha britada por causa de sua alta densidade.

Outros minerais às vezes usados ​​para datar urânio-chumbo incluem monazita, titanita e outros dois minerais de zircônio, badelelita e zirconolita. No entanto, o zircão é um favorito tão avassalador que os geólogos costumam se referir a "namoro com zircão".

Mas mesmo os melhores métodos geológicos são imperfeitos. Datar uma rocha envolve medições de chumbo-urânio em muitos zircões, avaliando a qualidade dos dados. Alguns zircões são obviamente perturbados e podem ser ignorados, enquanto outros casos são mais difíceis de julgar. Nesses casos, o diagrama da concordia é uma ferramenta valiosa.

Considere a concordia: à medida que os zircões envelhecem, eles se movem para fora ao longo da curva. Mas agora imagine que algum evento geológico perturbe as coisas para que o chumbo escape. Isso levaria os zircões em uma linha reta de volta a zero no diagrama de concordia. A linha reta retira os zircões da concordia.

É aqui que os dados de muitos zircões são importantes. O evento perturbador afeta os zircões de maneira desigual, retirando toda a liderança de alguns, apenas parte dele de outros e deixando alguns intocados. Os resultados desses zircões, portanto, traçam ao longo dessa linha reta, estabelecendo o que é chamado de discórdia.

Agora considere a discórdia. Se uma rocha de 1500 milhões de anos é perturbada para criar uma discórdia, fica imperturbável por mais um bilhão de anos, toda a linha de discórdia migrará ao longo da curva da concordia, sempre apontando para a idade da perturbação. Isso significa que os dados de zircão podem nos dizer não apenas quando uma rocha se formou, mas também quando eventos significativos ocorreram durante sua vida.

O zircão mais antigo ainda encontrado data de 4,4 bilhões de anos atrás. Com esse histórico no método de chumbo-urânio, você pode ter uma apreciação mais profunda da pesquisa apresentada na Universidade de Wisconsin "Primeiro Pedaço da Terra", incluindo o Artigo de 2001 Natureza que anunciou a data do recorde.