Datación con uranio y plomo

De todos los métodos de datación isotópica que se usan actualmente, el método de uranio-plomo es el más antiguo y, cuando se hace con cuidado, el más confiable. A diferencia de cualquier otro método, el uranio-plomo tiene una verificación cruzada natural incorporada que muestra cuándo la naturaleza ha alterado la evidencia.

Conceptos básicos de uranio-plomo

El uranio viene en dos isótopos comunes con pesos atómicos de 235 y 238 (los llamaremos 235U y 238U). Ambos son inestables y radioactivos, y arrojan partículas nucleares en una cascada que no se detiene hasta que se convierten en plomo (Pb). Las dos cascadas son diferentes: 235U se convierte en 207Pb y 238U se convierte en 206Pb. Lo que hace que este hecho sea útil es que ocurren a diferentes velocidades, como se expresa en sus vidas medias (el tiempo que tarda la mitad de los átomos en descomponerse). La cascada 235U-207Pb tiene una vida media de 704 millones de años y la cascada 238U-206Pb es considerablemente más lenta, con una vida media de 4.47 mil millones de años..

Entonces, cuando se forma un grano mineral (específicamente, cuando se enfría por primera vez por debajo de su temperatura de atrapamiento), establece efectivamente el "reloj" de uranio-plomo en cero. Los átomos de plomo creados por la descomposición del uranio quedan atrapados en el cristal y se acumulan en concentración con el tiempo. Si nada perturba el grano para liberar cualquiera de este plomo radiogénico, fecharlo es sencillo en concepto. En una roca de 704 millones de años, 235U está en su vida media y habrá un número igual de átomos de 235U y 207Pb (la relación Pb / U es 1). En una roca dos veces mayor, quedará un átomo de 235U por cada tres átomos de 207Pb (Pb / U = 3), y así sucesivamente. Con 238U, la relación Pb / U crece mucho más lentamente con la edad, pero la idea es la misma. Si tomas rocas de todas las edades y trazas sus dos relaciones Pb / U de sus dos pares de isótopos uno contra el otro en un gráfico, los puntos formarían una hermosa línea llamada concordia (ver el ejemplo en la columna de la derecha).

Circonio en datación con uranio y plomo

El mineral favorito entre los daters de U-Pb es el circón (ZrSiO_{4 4}), por varias buenas razones.

Primero, su estructura química le gusta el uranio y odia el plomo. El uranio sustituye fácilmente al circonio, mientras que el plomo está fuertemente excluido. Esto significa que el reloj se pone realmente a cero cuando se forma el circón.

En segundo lugar, el circón tiene una temperatura alta de atrapamiento de 900 ° C. Su reloj no se ve alterado fácilmente por eventos geológicos: ni erosión ni consolidación en rocas sedimentarias, ni siquiera metamorfismo moderado..

Tercero, el circón está muy extendido en las rocas ígneas como mineral primario. Esto lo hace especialmente valioso para fechar estas rocas, que no tienen fósiles que indiquen su edad..

Cuarto, el circón es físicamente resistente y se separa fácilmente de las muestras de roca triturada debido a su alta densidad..

Otros minerales que a veces se usan para la datación de uranio-plomo incluyen la monazita, la titanita y otros dos minerales de circonio, baddeleyita y zirconolita. Sin embargo, el circón es un favorito tan abrumador que los geólogos a menudo simplemente se refieren a "datación con circón".

Pero incluso los mejores métodos geológicos son imperfectos. La datación de una roca implica mediciones de uranio y plomo en muchos circones, luego se evalúa la calidad de los datos. Obviamente, algunos circones están perturbados y pueden ignorarse, mientras que otros casos son más difíciles de juzgar. En estos casos, el diagrama de concordia es una herramienta valiosa.

Concordia y discordia

Considere la concordia: a medida que los circones envejecen, se mueven hacia afuera a lo largo de la curva. Pero ahora imagine que algún evento geológico perturba las cosas para hacer que el plomo escape. Eso llevaría a los circones en línea recta a cero en el diagrama de concordia. La línea recta saca los circones de la concordia..

Aquí es donde los datos de muchos circones son importantes. El evento perturbador afecta a los circones de manera desigual, quitando todo el plomo de algunos, solo una parte de los demás y dejando algunos intactos. Los resultados de estos circones, por lo tanto, se trazan a lo largo de esa línea recta, estableciendo lo que se llama discordia..

Ahora considere la discordia. Si se perturba una roca de 1500 millones de años para crear una discordia, luego no se la perturba durante otros mil millones de años, toda la línea de discordia migrará a lo largo de la curva de la concordia, siempre apuntando a la edad de la perturbación. Esto significa que los datos de circón pueden decirnos no solo cuándo se formó una roca, sino también cuándo ocurrieron eventos significativos durante su vida.

El circón más antiguo encontrado data de hace 4.400 millones de años. Con estos antecedentes en el método de uranio-plomo, es posible que tenga una apreciación más profunda de la investigación presentada en la página "La pieza más antigua de la Tierra" de la Universidad de Wisconsin, incluido el documento de 2001 Naturaleza que anunció la fecha récord.