U-Pb 1
Общая информация УРАН n n n Очень тяжёлый, серебристобелый глянцеватый металл. Природный уран состоит из смеси трех изотопов: 238 U, 235 U, 234 U: 235 U : 238 U = 0, 0054 : 0, 711 : n 99, 283% На данный момент известно 23 искусственных радиоактивных изотопа урана с массовыми числами от 217 до 242 Уран может проявлять степени n окисления от +III до +VI n СВИНЕЦ Чистый свинец - серебристобелый, но на воздухе быстро покрывается синевато-серым налетом, очень пластичный, мягкий (режется ножом, царапается ногтем), тяжелый, ковкий. Природный свинец состоит из 5 стабильных изотопов с массовыми числами 202 (следы), 204 (1, 5%), 206 (23, 6%), 207 (22, 6%), 208 (52, 3%). имеет степени окисления +2 и +4 свинец может проявлять металлические и неметаллические свойства.
УРАН n n n n Химически уран очень активный металл- быстро окисляется на воздухе и покрывается радужной пленкой оксида Мелкий порошок урана самовоспламеняется на воздухе, он зажигается при температуре 150— 175 °C. Вода способна разъедать металл, медленно при низкой температуре , и быстро при высокой. С растворами щелочей уран не взаимодействует. При сильном встряхивании металлические частицы урана начинают светиться. температура плавления 1132. 2 °C (+/- 0. 8); температура кипения 3818 °C; плотность 18. 95 (в альфафазе); СВИНЕЦ n n n Изотопы стабильные 204, 206208 нестабильные 194 -203, 205, 209214 изотопы 206 Pb, 207 Pb, 208 Pb являются радиогенными и образуются в результате радиоактивного распада соответственно 238 U, 235 U и 232 Th а поскольку 204 Pb стабилен он не участвует в процессе радиоактивного распада и его количество с момента рудообразования можно считать постоянным – этот – момент важен для определения абсолютного возраста Плотность (при н. у. )11, 3415[1] г/см³ Температура плавления 600, 65 K (327, 5 °C) Температура кипения 2 013 К (1740 °C)
Радиоактивные свойства некоторых изотопов урана (выделены природные изотопы): Массовое число Период полураспада 234 235 236 237 238 239 240 2, 45× 105 лет 7, 13× 108 лет 2, 39× 107 лет 6, 75 сут. 4, 47× 109 лет 23, 54 мин. 14 час. Тип распада α α α β− β− 4
5
Распространенность n n n Уран - основная масса находится в кислых породах и сконцентрирована в осадочных породах, особенно обогащённых органикой В земной коре 2, 5· 10− 4% по масс В морской воде менее 10− 9 г/л n n Достаточно широк: от осадочных пород до ультраосновных интрузивных пород. Свинец – cодержание в земной коре 1, 6· 10 -3 % по массе Содержание в морской воде 0, 00003 мг/л Содержание в почве 0, 001% по массе
Распространенность Pb в различных типах пород Каменныеме. Дуниты и др. теориты 0% 0% Базальты и др. 13% Глины и др. 32% Диориты и др. 24% Граниты и др. 31% 7
Содержание изотопов Pb в природе % по массе 204 206 208 207 8
90 кларки урана *10 -4 магматические породы щелочные 80 70 60 50 40 30 20 10 0 ультраосн основные средние 1 2 3 кислые 4 5 9
300 кларки урана *10 -4 осадочные породы фосфориты 250 200 150 100 50 известняки песчаники глин. сланцы с сланцы 3 4 0 1 2 5 10
Содержание U и Pb в земной коре 10 -4 % по массе 18 16 14 12 10 8 6 Pb 4 2 0 1 U 2 11
Минералы-носители Уранинит (U, Th)O 2 x Настуран UO 2 x Урановые черни UO 2 x Коффинит U(Si. O 4)1 -x (OH)4 x Браннерит (U, TH)Ti 2 O 6 Отенит Ca(UO 2)2(PO 4)2⋅10 H 2 O Уранофан Ca[UO 2(Si. O 3 OH)]2⋅5 H 2 O Карнотит K 2(UO 2)2(VO 4)2⋅3 H 2 O Торбернит Cu(UO 2)2(PO 4)2⋅12 H 2 O Тюямунит Ca(UO 2)2(VO 4)2⋅80 H 2 O Казалит Pb[UO 2 Si. O 4]⋅H 2 O Нингиоит Ca. U(PO 4)2⋅2 H 2 O Цейнерит Ca(UO 2)2(As. O 4)2⋅12 H 2 O 12
Слева – образец настурана, справа – друза кристаллов жёлтого отунита. 13
Кристаллы уранинита. Слева – карнотит, справа - тюямунит 14
Применение в геологии n Уран-свинцовый метод — один из самых старых и хорошо разработанных способов радиоизотопного датирования и, при хорошем исполнении, самый надёжный метод для образцов с возрастом порядка сотен миллионов лет. При таком возрасте достижима точность порядка 0, 1 %[5]. Позволяет датировать даже образцы, близкие по возрасту к Земле, вследствие большого периода полураспада используемых изотопов урана. Большая надёжность и точность достигается благодаря тому, что используются два изотопа урана, цепочки распада которых кончаются разными изотопами свинца.
n n n Используются следующие превращения: 238 U → 206 Pb с периодом полураспада 4, 47 млрд лет (ряд радия — см. Радиоактивные ряды), 235 U → 207 Pb с периодом полураспада 704 млн лет (ряд актиния). Иногда в дополнение к ним используют распад тория-232 (уран-торий-свинцовый метод): 232 Th → 208 Pb с периодом полураспада 14, 01 млрд лет (ряд тория).
n Чаще всего для датировок уран-свинцовым методом используют циркон (Zr. Si. O 4); в некоторых случаях — монацит, уранинит, титанит, бадделеит[6], цирконолит (Ca. Zr. Ti 2 O 7)[7] и даже кальцит и арагонит[8][9]. Циркон имеет большую прочность, стойкость к химическим воздействиям, высокую температуру закрытия и широко распространён в извержённых породах. В его кристаллическую решётку легко встраивается уран и не встраивается свинец, поэтому весь свинец в составе циркона обычно можно считать радиогенным[7]. В случае надобности количество нерадиогенного свинца можно рассчитать по количеству свинца-204, который не образуется при распаде данных изотопов урана[10]. n Использование двух изотопов урана, распадающихся до разных изотопов свинца, даёт возможность определить возраст объекта даже в случае потери им некоторой части свинца (например, вследствие метаморфизма). Кроме того, можно определить возраст этого события метаморфизма. Минусом метода является привязанность к минералам: ортит, монацит, уранинит, циркон; и породам: гранит, пегматит. n
n При кристаллизации циркона (Zr. Si. О 4) атомы изотопа урана U 238 могут в кристаллической решетке замещать атомы циркония. Далее атомы U 238 распадаются, превращаясь в итоге в свинец Pb 206. Понятно, что для правильного датирования необходимо знать первоначальное содержание в породе изотопа свинца Pb 206. Его можно учесть, допуская, что соотношение концентраций изотопов Pb 206 и Pb 204 в цирконе и окружающих его породах, не содержащих уран, одинаково
уравнение изохроны: t - 1) n 206 Pb/204 Pb = (206 Pb/204 Pb) + 238 U/204 Pb (eλ 0 238 207 Pb/204 Pb = (207 Pb/204 Pb) + 235 U/204 Pb (eλ t - 1) 0 235 208 Pb/204 Pb = (208 Pb/204 Pb) + 232 Th/204 Pb (eλ t - 1) 0 232 n Отсюда можно получить формулы для расчета возраста: n 19
n исключив из расчетной формулы уран, получим: n где (207 Pb/ 206 Pb)rad - отношение радиогенного 207 Рb к радиогенному 206 Рb. 20
Если урансодержащий минерал в течение своего существования не испытывал ни привноса, ни выноса U и Рb, то цифры возраста, определенные по отношениям 207 Рb/ 235 U и 206 Pb/ 238 U) должны совпадать = Конкордантные возроста. n Если минерал испытал потерю свинца или привнес урана, то точка будет располагаться на диаграмме ниже конкордии (точка В). Если произошел обратный процесс, точки располагаются выше конкордии. n 21
n Если процесс перераспределения элементов в одновозрастной U - Рb-системе произошел однократно, то точки для когенетичных минералов расположатся на прямой, которая носит название дискордия. Верхняя точка А пересечения конкордии и дискордии дает истинный возраст минералов, нижняя точка D пересечения даст время метаморфизма , приведшего к перераспределению элементов. 22
23
