U-Pb 1 Содержание Общая информация об изотопах

U-Pb 1

Содержание Общая информация об изотопах Распространенность элементов и их изотопов Причины и закономерности дифференциации изотопов Радиогенные системы Определение абсолютного возраста Определение источника вещества 2

Общая информация Уран — очень тяжёлый, серебристобелый глянцеватый метал Природный уран состоит из смеси трех изотопов: 238 U, 235 U, 234 U: 235 U : 238 U = 0, 0054 : 0, 711 : 99, 283% На данный момент известно 23 искусственных радиоактивных изотопа урана с массовыми числами от 217 до 242 Уран может проявлять степени окисления от +III до +VI 3

Химически уран очень активный металл- окисляется на воздухе Вода способна разъедать металл, медленно при низкой температуре При сильном встряхивании металлические частицы урана начинают светиться температура плавления 1132. 2 °C (+/- 0. 8); температура кипения 3818 °C; плотность 18. 95 (в альфа-фазе); Растворяется в кислота 4

Радиоактивные свойства некоторых изотопов урана (выделены природные изотопы): Массовое число Период полураспада Тип распада 234 2, 45× 105 лет α 235 7, 13× 108 лет α 236 2, 39× 107 лет α 237 6, 75 сут. β− 238 4, 47× 109 лет α 239 23, 54 мин. β− 240 14 час. β− 5

Свинец ковкий, сравнительно легкоплавкий металл, серого цвета. Плотность — 11, 3415 г/см³ (при 20 °C) Температура плавления — 327, 4 °C Температура кипения — 1740 °C имеет степени окисления +2 и +4 свинец может проявлять металлические и неметаллические свойства С кислородом образует ряд соединений Pb 2 О, Pb. O, Pb 2 О 3, Pb 3 О 4, Pb. O 2 6

Изотопы стабильные 204, 206 -208 нестабильные 194 -203, 205, 209 -214 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 7

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 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 8

Распространенность Pb в различных типах пород Каменныеме Дуниты и др. теориты 0% 0% Глины и др. 32% Базальты и др. 13% Диориты и др. 24% Граниты и др. 31% 9

Содержание изотопов Pb в природе % по массе 204 206 208 207 10

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 11

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 12

Соотношение кларков изотопов урана 13

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 14

Поведение урана в различных процессах Кристаллизуется в акцессорных минералах В гидротермальном процессе уран активно мигрирует в виде уран-карбонатных комплексов изменении p. H растворов разрушение комплексов и выпадение минералов(100 -3500) В экзогенных процессах уран способен мигрировать в кислородсодержащих водах и переходить в твердую фазу при смене окислительно-восстановительной обстановки (геохимический барьер). 15

Название Формула Уранинит (U, Th)O 2 x 62 -85 Настуран UO 2 x 52 -76 Урановые черни UO 2 x 11 -53 Коффинит U(Si. O 4)1 -x (OH)4 x 60 -70 Браннерит (U, TH)Ti 2 O 6 35 -50 Отенит Ca(UO 2)2(PO 4)2⋅10 H 2 O 48 -54 Уранофан Ca[UO 2(Si. O 3 OH)]2⋅5 H 2 O 55 -58 Карнотит K 2(UO 2)2(VO 4)2⋅3 H 2 O 52 -66 Торбернит Cu(UO 2)2(PO 4)2⋅12 H 2 O 48 Тюямунит Ca(UO 2)2(VO 4)2⋅80 H 2 O 57 -65 Казалит Pb[UO 2 Si. O 4]⋅H 2 O 42 -50 Нингиоит Ca. U(PO 4)2⋅2 H 2 O 20 -30 Цейнерит Ca(UO 2)2(As. O 4)2⋅12 H 2 O 55 16

Слева – образец урановой смолки, справа – друза кристаллов жёлтого отунита. 17

Кристаллы уранинита. Слева – карнотит, справа - тюямунит 18

Определение абсолютного возроста Первичные радионуклиды 238 U, 235 U и 232 Th в процессе радиоактивных превращений образуют длинные цепочки переходящих друг в друга радионуклидов - радиоактивные ряды упрощенные системы: 238 U - 206 Pb 235 U - 207 Pb 232 Th - 208 Pb 19

20

21

Содержани Материнск Период Константа е, % от Дочерний ий полураспада, суммы нуклид D нуклид М а, годы изотопов 238 U 235 U 232 Th 99, 2743 4, 468 · 109 1, 55125 · 10 - 0, 7200 0, 7038 · 109 9, 8485 · 10 - 100, 00 1, 4008 · 1010 4, 9475 · 10 - 10 10 11 206 Pb 207 Pb 208 Pb 22

Отношение 238 U/ 235 U постоянно и равно 137, 88 204 Рb не стабильный изотоп свинца: 204 Рb. Концентрация меняется во времени и его считают нерадиогенным. Свинец не может входить в решетки циркона, урановых и ториевых минералов в связи с большой разницей зарядов ионов и разницей ионных радиусов. Свинец, содержащийся в неизмененных позднейшими процессами минералах этих элементов, в основном радиогенного происхождения. 23

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 24

уравнение изохроны: t - 1) 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 Отсюда можно получить формулы для расчета возраста: 25

исключив из расчетной формулы уран, получим: где (207 Pb/ 206 Pb)rad - отношение радиогенного 207 Рb к радиогенному 206 Рb. 26

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. 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. 27

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. 28

29

30