Уран-свинцовый метод: различия между версиями

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
[непроверенная версия][отпатрулированная версия]
Содержимое удалено Содержимое добавлено
м мёртвая ссылка, викификация, typos fixed: млн. л → млн л (2) с помощью AWB
Нет описания правки
Строка 1: Строка 1:
'''Ура́н-свинцо́вый ме́тод''' — один из видов [[Радиоизотопное датирование|радиоизотопного датирования]]. Применим к геологическим объектам, содержащим [[Уран (элемент)|уран]], и основан на определении того, какая его доля успела распасться за время существования объекта (с момента кристаллизации минералов в нём). Используются два [[Изотопы урана|изотопа урана]], цепочки распада которых кончаются разными изотопами [[Свинец|свинца]]; это сильно повышает надёжность метода.
'''Ура́н-свинцо́вый ме́тод''' — один из видов [[Радиоизотопное датирование|радиоизотопного датирования]]. Применим к геологическим объектам, содержащим [[Уран (элемент)|уран]], и основан на определении того, какая его доля успела распасться за время существования объекта (с момента кристаллизации минералов в нём). Используются два [[Изотопы урана|изотопа урана]], цепочки распада которых кончаются разными [[изотопы свинца|изотопами]] [[Свинец|свинца]]; это сильно повышает надёжность результатов.


Данный 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 исследовании специально обработанных цирконов возрастом ~250 млн лет достижима точность порядка 0,2 млн лет %<ref name="Sanders_2004"/>. Позволяет датировать даже образцы, близкие по возрасту к Земле, вследствие большого [[Период полураспада|периода полураспада]] используемых изотопов урана. Большая надёжность и точность достигается благодаря тому, что используются данные по двум цепочкам распада, а также благодаря некоторым свойствам [[циркон]]а — минерала, обычно используемого для уран-свинцовых датировок. Этот метод считается «золотым стандартом» [[Геохронология|геохронологии]]<ref name="Dickin_2005"/>.
Данный метод — один из самых старых и хорошо разработанных способов радиоизотопного датирования и, при хорошем исполнении, — самый надёжный метод для объектов возрастом в сотни миллионов лет. Для одного из его вариантов средняя погрешность результатов из самых [[индекс цитирования научных статей|цитируемых]] статей к 2010 году достигла 0,2 %, а некоторые лаборатории получают и значительно меньшую<ref name=Schoene_2014/><ref name=Davis_2015/>. Датировать можно и образцы, близкие по возрасту к Земле, и образцы младше 1 млн лет<ref name=Condon_2015/><ref name=Parrish_2015/><ref name=Schoene_2014/>. Большая надёжность и точность достигаются благодаря использованию данных по двум цепочкам распада и благодаря некоторым свойствам [[циркон]]а — минерала, обычно применяемого для уран-свинцовых датировок. Этот метод считается «золотым стандартом» [[Геохронология|геохронологии]]<ref name=Dickin_2005/><ref name=White_3/>.


Используются следующие превращения изотопов:
Используются следующие превращения изотопов:


: '''[[Уран-238|<sup>238</sup>U]]''' → '''<sup>206</sup>Pb''' с периодом полураспада 4,47 млрд лет (ряд радия — см. [[Радиоактивные ряды]]),
: '''[[Уран-238|<sup>238</sup>U]]''' → '''<sup>206</sup>Pb''' с периодом полураспада {{s|4,4683 ± 0,0024 млрд}} лет<ref name=Jaffey_1971/> (ряд радия — см. [[Радиоактивные ряды]]),


: '''[[Уран-235|<sup>235</sup>U]]''' → '''<sup>207</sup>Pb''' с периодом полураспада 0,704 млрд лет (ряд актиния).
: '''[[Уран-235|<sup>235</sup>U]]''' → '''<sup>207</sup>Pb''' с периодом полураспада {{s|0,70381 ± 0,00048 млрд}} лет<ref name=Jaffey_1971/> (ряд актиния).


Иногда в дополнение к ним используют распад [[торий-232|тория-232]] ('''уран-торий-свинцовый метод'''):
Иногда в дополнение к ним используют распад [[торий-232|тория-232]] ('''уран-торий-свинцовый метод'''):


: '''[[торий-232|<sup>232</sup>Th]]''' → '''<sup>208</sup>Pb''' с периодом полураспада 14,01 млрд лет (ряд тория).
: '''[[торий-232|<sup>232</sup>Th]]''' → '''<sup>208</sup>Pb''' с периодом полураспада 14,0 млрд лет<ref group="Комм.">В геохронологии принято значение {{s|14,01 ± 0,07 млрд}} лет, а в ядерной физике — {{s|14,05 ± 0,06 млрд}} лет.</ref><ref name=Davis_2001/><ref name=Steiger_1977/> (ряд тория).


Все эти превращения идут во много стадий, но промежуточные нуклиды распадаются намного быстрее материнских.
Все эти превращения идут во много стадий, но промежуточные нуклиды распадаются намного быстрее материнских.


Периоды полураспада [[Изотопы урана|изотопов урана]] определены с очень высокой точностью (большей, чем, например, для <sup>40</sup>K). Но в случае самых точных датировок погрешность периодов полураспада выходит на первое место среди источников ошибок<ref name="Dickin_2005"/>.
Периоды полураспада <sup>235</sup>U и <sup>238</sup>U определены точнее, чем для всех остальных используемых в геохронологии изотопов. Но при самых точных исследованиях погрешность периодов полураспада выходит на первое место среди источников ошибок{{Переход|#Проблема точности постоянных распада|1}}.


Распад урана создаёт возможность определять возраст и другими способами:
Возраст образца может быть определён и по соотношению концентраций изотопов одного только свинца (без учёта урана); этот метод называется [[Свинец-свинцовый метод|свинец-свинцовым]].
* по изотопам одного только свинца, без учёта урана ([[свинец-свинцовый метод]]);
* по трекам от [[деление ядра|деления]] урана-238<ref name=Gleadow_2015/>;
* по урану, торию и [[гелий|гелию]]<ref name=Zeitler_2015/>;
* по урану и промежуточным продуктам его распада ([[уран-234|<sup>234</sup>U]], [[торий-230|<sup>230</sup>Th]], <sup>231</sup>Pa, [[радий-226|<sup>226</sup>Ra]], <sup>210</sup>Pb, <sup>210</sup>Po; только в пределах миллиона лет)<ref name=Bourdon_2015/><ref name=White_3/><ref name=Fernandez_Jalvo_2016/>.

== История ==
К идее определения возраста горных пород на основе распада урана пришёл [[Резерфорд, Эрнест|Эрнест Резерфорд]] в начале XX века. Тогда ещё не было известно, что в этом процессе образуется свинец, и первые попытки датирования основывались на количестве другого продукта распада урана — [[гелий|гелия]]. Первую уран-гелиевую (и радиоизотопную вообще) оценку возраста Резерфорд озвучил на лекции в 1904 году<ref group="Комм.">Оценка Резерфорда основывалась на данных [[Рамзай, Уильям|Рамзая]] и [[Траверс, Морис Уильям|Траверса]] по содержанию урана и гелия в [[фергусонит]]е. Она составляла 40 млн лет; в следующем году Резерфорд пересмотрел её с учётом уточнённой скорости образования гелия и получил 500 млн лет.</ref><ref name=Lewis_2002/><ref name=Mattinson_2013_tgr/><ref name=Rutherford_1906/>.

В 1905 году [[Болтвуд, Бертрам|Бертрам Болтвуд]] заподозрил, что из урана образуется ещё и свинец, а Эрнест Резерфорд отметил, что датировки по нему должны быть точнее, чем по гелию, легко покидающему породы<ref name=Dalrymple_1994/>. В 1907 году Болтвуд сделал оценку [[постоянная распада|постоянной распада]] урана, определил отношение концентраций свинца и урана в ряде образцов урановой руды и получил значения возраста от 410 до 2200 млн лет<ref name=Boltwood_1907/>. Результат имел большое значение: он показал, что [[возраст Земли]] во много раз больше 20-40 млн лет, полученных десятью годами ранее [[Томсон, Уильям (лорд Кельвин)|Уильямом Томсоном]] на основании скорости остывания планеты<ref name=White_2_1/>.

Следующим шагом стала работа [[Холмс, Артур|Артура Холмса]], разработавшего более точные способы измерения концентрации урана и свинца. Они годились не только для урановых руд, но и для других минералов, в том числе [[циркон]]а. В 1911 году Холмс опубликовал исследования ряда новых образцов по уточнённой постоянной распада урана. Поскольку тогда не было известно про образование части свинца в результате распада [[торий|тория]] и даже про существование изотопов, оценки Болтвуда обычно были завышены на десятки процентов; значительные ошибки встречались и у Холмса<ref name=Dalrymple_1994/><ref name=White_2_1/>. Однако датировки Холмса для [[девонский период|девонских]] (около 370 млн лет) образцов из Норвегии отличались от современных не более чем на 5 %<ref name=Parrish_2015/>.

Дальнейшее развитие метода было связано с развитием [[масс-спектрометрия|масс-спектрометрии]] и открытием благодаря ней изотопов свинца и урана ([[уран-235]] был открыт в 1935 году). В 1930-х — 1940-х годах {{не переведено|есть=:en:Alfred O. C. Nier|надо=Нир, Альфред|текст=Альфред Нир|язык=англ.}} разработал приборы, способные достаточно точно измерить изотопный состав этих элементов<ref name=Parrish_2015/>. Первым используемым масс-спектрометрическим методом стала {{не переведено|есть=:en:Thermal ionization mass spectrometry|надо=масс-спектрометрия с термической ионизацией|текст=масс-спектрометрия с термической ионизацией|язык=англ.}}<ref name=Schoene_2014/>. Позже в практику датировок вошли методы исследования микроскопических участков образцов: в конце 1970-х — [[масс-спектрометрия вторичных ионов]]<ref name=Schoene_2014/> (распространившаяся в 1990-х)<ref name=Parrish_2015/>, а в начале 1990-х — [[масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой]] и [[лазерная абляция|лазерной абляцией]]<ref name=Xia_2004/><ref name=Corfu_2013/>.

В 1955 году {{не переведено|есть=:en:George Tilton|надо=Тилтон, Джордж|текст=Джордж Тилтон|язык=англ.}} применил для определения состава проб {{не переведено|есть=:en:Isotope dilution|надо=изотопное разбавление|текст=изотопное разбавление|язык=англ.}}, открывшее путь к высокой точности измерений и к массовому использованию циркона, ставшего с тех времён основным применяемым минералом<ref name=Corfu_2013/>. В 1950-х — 1960-х стали широко доступными урановые и свинцовые изотопные метки для разбавления<ref name=Parrish_2015/>. В 1956 году {{не переведено|есть=:en:George Wetherill|надо=Везерилл, Джордж|текст=Джордж Везерилл|язык=англ.}} предложил ставшую общеупотребительной визуализацию метода — диаграмму конкордии<ref name=Schoene_2014/>{{Переход|#Методика учёта потерь свинца|1}}, а [[Паттерсон, Клэр|Клэр Паттерсон]] определил свинец-свинцовым методом возраст Земли. В 1971 были опубликованы<ref name=Jaffey_1971/> очень точные значения [[постоянная распада|постоянных распада]] изотопов урана, используемые до сих пор<ref name=Schoene_2014/>. В 1973 {{не переведено|есть=:en:Thomas Edvard Krogh|надо=Крог, Томас Эдвард|текст=Томас Крог|язык=англ.}} предложил метод растворения циркона [[плавиковая кислота|плавиковой кислотой]] в [[тефлон]]овых ёмкостях, на 3 порядка снизивший загрязнение проб свинцом<ref name=Krogh_1973/>. Это сильно увеличило точность датировок и количество занимающихся ими лабораторий<ref name=Mattinson_2013/><ref name=Corfu_2013/><ref name=Schoene_2014/>. С 1950-х годов продолжалась разработка способов удаления повреждённых областей кристаллов циркона<ref name=Mattinson_2005/>. В 1982 году Томас Крог предложил удачный механический<ref name=Krogh_1982/>, а в 2005 году Джеймс Маттинсон — химический<ref name=Mattinson_2005/> способ, ставшие стандартными<ref name=Schoene_2014/><ref name=Parrish_2015/>. Благодаря этим и другим изобретениям за время существования уран-свинцового метода требуемая масса образца уменьшилась на много порядков, а точность увеличилась на 1-2 порядка<ref name=Schoene_2014/>. Годовое количество публикаций, посвящённых уран-свинцовым датировкам, постоянно растёт и с 2000 по 2010 год увеличилось более чем втрое<ref name=Schoene_2014/>.


== Используемые минералы ==
== Используемые минералы ==
[[Файл:Zirkon 375 bright.jpg|thumb|right|Кристалл [[циркон]]а под [[растровый электронный микроскоп|растровым электронным микроскопом]]]]
Чаще всего для датировок уран-свинцовым методом используют [[циркон]] (ZrSiO<sub>4</sub>). Следующие по важности применяемые [[минерал]]ы — [[монацит]], [[титанит]] и [[бадделеит]]<ref name=Dickin_2005/>. Кроме того, используют [[перовскит]], [[апатит]], [[алланит]], [[рутил]], {{не переведено|есть=:uk:ксенотим|надо=ксенотим|текст=ксенотим|язык=укр.}}, [[уранинит]], [[кальцит]], [[арагонит]], [[торит (минерал)|торит]], [[пирохлор]] и прочие<ref name=Parrish_2015/><ref name=Pickering_2010/>. Иногда метод применяют и к [[горные породы|горным породам]], состоящим из смеси разных минералов, а также к некристаллическому материалу — [[опал]]у<ref name=Neymark_2015/>.


Циркон имеет большую прочность, стойкость к химическим воздействиям и высокую [[Радиоизотопное датирование#Температура закрытия|температуру закрытия]] — более {{s|950—1000°C}}<ref name=Scoates_2015/> (то есть при меньших температурах не обменивается свинцом с окружающей средой). Кроме того, важно, что он широко распространён в [[Магматические горные породы|извержённых породах]]. В его [[кристаллическая решётка|кристаллическую решётку]] легко встраивается уран и намного труднее — свинец, поэтому весь свинец в составе циркона обычно можно считать образовавшимся после кристаллизации. Количество свинца иного происхождения можно рассчитать по количеству свинца-204, который не образуется при распаде изотопов урана<ref name=BSE/><ref name=Schoene_2014/><ref name=Corfu_2013/>.
Чаще всего для датировок уран-свинцовым методом используют [[циркон]] (ZrSiO<sub>4</sub>); в некоторых случаях — [[монацит]], [[уранинит]], [[титанит]], [[бадделеит]]<ref name=Rodionov_2009/>, [[цирконолит]] (CaZrTi<sub>2</sub>O<sub>7</sub>)<ref name="Alden"/> и даже [[кальцит]] и [[арагонит]]<ref name=Pickering_2010/><ref name="Dickin_2005"/>. Иногда используются и [[горные породы]], состоящие из смеси разных [[минерал]]ов.


Близкие свойства имеют [[бадделеит]], [[монацит]] и [[титанит]] (последний, однако, набирает при кристаллизации больше свинца)<ref name=Davis_2015/><ref name=Scoates_2015/>. Их температуры закрытия — {{s|>950°C}}, {{s|>750°C}} и {{s|600—650°C}} соответственно<ref name=Scoates_2015/>. Бадделеит, а при невысоких температурах и монацит с титанитом менее склонны к потере свинца, чем циркон<ref name=Dickin_2005/><ref name=Davis_2015/>.
Циркон имеет большую прочность, стойкость к химическим воздействиям, высокую [[Радиоизотопное датирование#Температура закрытия|температуру закрытия]] (то есть не обменивается веществом с окружающей средой вплоть до сильного нагрева). Также важно, что он широко распространён в [[Магматические горные породы|извержённых породах]]. В его [[кристаллическая решётка|кристаллическую решётку]] легко встраивается уран и не встраивается свинец, поэтому весь свинец в составе циркона обычно можно считать радиогенным<ref name="Alden"/>. В случае надобности количество нерадиогенного свинца можно рассчитать по количеству свинца-204, который не образуется при распаде данных изотопов урана<ref name="bse"/>.

Уран-свинцовым методом датируют и ископаемые остатки организмов, содержащие [[карбонат кальция]] или [[апатит]], хотя эти материалы подходят для него хуже. Есть, в частности, оценки возраста апатита из [[конодонты|конодонтовых элементов]] и из [[зуб (биология)|зубов]] [[акулы|акул]] и [[динозавры|динозавров]]<ref name=Sano_2006/>. Датировка этого минерала осложнена, среди прочего, низким изначальным соотношением концентраций урана и свинца<ref name=Thomson_2012/>. Температура закрытия у него составляет {{s|425—500°C}}<ref name=Scoates_2015/>. Зубы при жизни организма практически не содержат урана и тория и приобретают их только при [[фоссилизация|фоссилизации]]; немало урана вбирают при фоссилизации и кости<ref name=Sano_2006/>. Погрешность имеющихся на 2012 год датировок апатитовых окаменелостей составляет около 10 % или больше<ref name=Terada_2012/>. В карбонатах изначальное отношение концентраций U/Pb, напротив, велико, но они более подвержены обмену веществ с окружающей средой (в частности, при характерном для них превращении [[арагонит]]а в [[кальцит]])<ref name=Dickin_2005/>. По прогнозу 2015 года, уран-свинцовое датирование фосфатов и карбонатов в ближайшие годы будет интенсивно развиваться<ref name=Parrish_2015/>.

== Подготовка образцов ==
Разные кристаллы и даже области кристаллов из одного и того же геологического объекта могут иметь разную пригодность для датирования: они отличаются по степени повреждения радиацией и внешними факторами; кроме того, кристалл может состоять из древней сердцевины («унаследованного ядра»), на которую позже наросли новые слои<ref name=Schoene_2014/><ref name=Dickin_2005/>. Поэтому необходим отбор пригодных образцов, их областей или фрагментов под микроскопом. Для этого применяется и [[оптический микроскоп|оптическая]], и [[электронный микроскоп|электронная]] микроскопия<ref name=Schoene_2014/><ref name=White_3/>.

К повреждению более склонны внешние области кристаллов циркона — в том числе и потому, что они обычно содержат больше урана<ref name=White_3/>. Эти области можно удалить механически или химически. Некоторое время стандартом была абразия кристаллов при их круговом движении в потоке воздуха в стальной камере (воздушная абразия, {{не переведено|есть=:en:Thomas Edvard Krogh|надо=Крог, Томас Эдвард|текст=Томас Крог|язык=англ.}}, 1982)<ref name=Krogh_1982/>, а позже — их [[травление]] [[плавиковая кислота|плавиковой]] и [[азотная кислота|азотной]] кислотой с предварительным [[отжиг]]ом («химическая абразия», Джеймс Маттинсон, 2005)<ref name=Mattinson_2005/><ref name=Schoene_2014/>. Отжиг нужен для ликвидации дефектов решётки, при наличии которых травление нарушает элементный и даже изотопный состав пробы. В отличие от абразии, травление удаляет повреждённые ([[метамиктизация|метамиктизированные]]) области и в глубине кристалла, вокруг микротрещин. Эти способы обработки сильно повышают точность результатов<ref name=Dickin_2005/><ref name=Parrish_2015/><ref name=Mattinson_2013/><ref name=Corfu_2013/><ref name=Mundil_2004/>.

Для исследований методом ID-TIMS подготовленные кристаллы растворяют в [[плавиковая кислота|плавиковой]] или [[соляная кислота|соляной]] кислоте в [[тефлон]]овых ёмкостях<ref name=Krogh_1973/>, добавив изотопную метку (см. ниже). Далее уран и свинец можно для повышения точности отделить от других элементов реакциями [[ионный обмен|ионного обмена]] (примеси затрудняют ионизацию урана и свинца на [[нить накала|нити накала]] спектрометра и, в случае близкой массы иона, трудноотделимы от них при измерениях), после чего пробу наносят на нить накала<ref name=Schoene_2014/>. Для исследований методами, основанными на облучении образцов, их заключают в [[эпоксидная смола|эпоксидную смолу]] и заполировывают<ref name=Xia_2004/><ref name=Sano_2006/><ref name=Suzuki_2008/><ref name=Kusiak_2008/>.

== Измерение концентраций изотопов ==
Самые точные измерения состава образцов даёт {{не переведено|есть=:en:Thermal ionization mass spectrometry|надо=масс-спектрометрия с термической ионизацией|текст=масс-спектрометрия с термической ионизацией|язык=англ.}} ('''{{comment|TIMS|thermal ionization mass spectrometry}}''') в сочетании с травлением кристаллов ({{comment|CA|chemical abrasion}}) и {{не переведено|есть=:en:isotope dilution|надо=изотопное разбавление|текст=изотопным разбавлением|язык=англ.}} пробы ({{comment|ID|isotope dilution}}) — '''CA-ID-TIMS'''<ref name=White_3/>.

Применение изотопного разбавления связано с надобностью точного измерения соотношения концентраций не только изотопов одного элемента (что на [[масс-спектрометрия|масс-спектрометрах]] делается легко), но и изотопов разных элементов. Для этого пробу смешивают с изотопной меткой (известным количеством тех же элементов с другим изотопным составом), после чего изначальный состав пробы можно рассчитать по измеренным соотношениям концентраций изотопов каждого элемента<ref name=Condon_2015/><ref name=White_ID/><ref name=Parrish_2015/><ref name=Dickin_2005/>.

Следующие методы определения состава менее точны, но и менее трудоёмки и годятся для исследования отдельных микроскопических областей кристаллов. Для точного измерения соотношения концентраций элементов они требуют калибровки по образцам известного состава<ref name=Parrish_2015/><ref name=Schoene_2014/>.

* [[Масс-спектрометрия вторичных ионов]] ('''{{comment|SIMS|secondary ion mass spectrometry}}'''). Исследуются ионы, выбитые из полированной поверхности пробы тонким [[фокусируемый ионный пучок|ионным пучком]]. Наилучшими из подобных спектрометров являются установки типа {{не переведено|есть=:en:Sensitive high-resolution ion microprobe|надо=SHRIMP|текст=SHRIMP|язык=англ.}} («чувствительный ионный микрозонд высокого разрешения»), позволяющие уверенно отделить ионы свинца от молекулярных ионов близкой массы<ref name=Dickin_2005/><ref name=Parrish_2015/>.
[[Файл:Laser ablation pit on zircon grain.jpg|thumb|right|Кристалл циркона с лункой от [[лазерная абляция|лазерной абляции]]]]
* [[Масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой]] и [[лазерная абляция|лазерной абляцией]] ('''{{comment|LA-ICP-MS|laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry}}'''). Исследуемые ионы испаряются из образца [[лазер]]ным лучом. По сравнению с SIMS требует большего количества вещества для анализа, имеет несколько меньшее пространственное разрешение и трудности в измерении количества <sup>204</sup>Pb, но быстрее, дешевле и имеет ряд других преимуществ; лучшие исследования достигают такой же точности, как SIMS<ref name=Parrish_2015/><ref name=White_3/>.
* [[Рентгеноспектральный микроанализ]]. Анализируется [[рентгеновское излучение]] от пробы, облучаемой [[электрон]]ами (микроанализ с электронным зондом, '''{{comment|EPMA|electron probe microanalysis}}'''; «химический метод изохрон», {{comment|CHIME|chemical isochron method}}) или, реже, [[протон]]ами ('''{{comment|PIXE|proton-induced X-ray emission method}}'''). Метод даёт элементный, но не изотопный, состав образца (отсюда название «химический») и поэтому имеет ограниченное применение. Чаще всего его используют для древних кристаллов [[монацит]]а<ref group="Комм.">Благодаря очень высокому содержанию урана, тория и, следовательно, радиогенного свинца, а также (при невысоких температурах) меньшей, чем у циркона, склонности к потере свинца.</ref><ref name=Corfu_2013/><ref name=Dickin_2005/>, реже — для [[циркон]]а, [[ксенотим]]а, [[бадделеит]]а и др.<ref name=Suzuki_2008/><ref name=Parrish_2015/><ref name=Suzuki_2015/> Отличается исключительно хорошим (порядка {{s|1 мкм}}) пространственным разрешением, позволяющим составить детальную карту значений возраста для образца размером в доли миллиметра, и не разрушает образец<ref name=Suzuki_2008/><ref name=Schoene_2014/><ref name=Suzuki_2015/>. Вариант с протонным лучом имеет лучшее разрешение (1 мкм против 1-3 мкм)<ref name=Kusiak_2008/><ref name=Suzuki_2008/> и меньший порог обнаружения U, Th и Pb (<10 [[миллионная доля|ppm]] против ~200 ppm), чем с электронным, но технически сложнее и дороже<ref name=Kusiak_2008/>.

По усреднённым данным из самых [[индекс цитирования научных статей|цитируемых]] статей, погрешность (2[[стандартное отклонение|σ]]) датировок по {{s|<sup>206</sup>Pb/<sup>238</sup>U}} по состоянию на 2010 год составляла 0,2 % для ID-TIMS и около 3 % для SIMS и LA-ICP-MS<ref name=Schoene_2014/>. В некоторых лабораториях обычная точность датировок отдельных зёрен циркона (по состоянию на 2015 год) может достигать 0,05 % для ID-TIMS и 0,5 % для SIMS и LA-ICP-MS<ref name=Davis_2015/>.

Расходуемая масса образца, по усреднённым данным из самых цитируемых статей за 2010 год, составляла около {{s|10<sup>−5</sup> г}} для ID-TIMS и около {{s|5·10<sup>−9</sup> г}} для SIMS<ref name=Schoene_2014/> (исследования по методам SIMS и LA-ICP-MS расходуют область пробы диаметром в десятки мкм и глубиной 1-2 мкм (SIMS) или десятки мкм (LA-ICP-MS)<ref name=Davis_2015/><ref name=Corfu_2013/>; EPMA и PIXE могут работать по области на порядок меньшего диаметра и не разрушают её)<ref name=Schoene_2014/><ref name=White_3/><ref name=Parrish_2015/><ref name=Kusiak_2008/>. Время анализа, по тем же данным, составляет несколько часов для ID-TIMS, около получаса для SIMS и ≤2 минуты для LA-ICP-MS<ref name=Schoene_2014/>. При исследовании методом EPMA на одну точку образца уходят секунды или десятки секунд, а на построение карты возраста размером 200×200 пикселей — обычно до 30 часов<ref name=Suzuki_2015/><ref name=Suzuki_2008/>.


== Методика учёта потерь свинца ==
== Методика учёта потерь свинца ==
[[Файл:Pfunze belt concordia.png|thumb|right|500px|Изогнутая линия — конкордия, на ней около круглых точек отмечены соотв. значения возраста. Квадратные точки — результаты измерений. Проведённая через них прямая (дискордия) пересекает конкордию в точке, показывающей возраст объекта (здесь около 2,6 млрд лет). По данным для циркона из [[архей]]ских пород Зимбабве<ref name=Vinyu_2001/>.]] Использование двух изотопов урана даёт возможность определить возраст объекта даже в случае потери им некоторой части свинца. Поскольку <sup>235</sup>U распадается быстрее, чем <sup>238</sup>U, отношение <math>{^\text{207}\,\!\text{Pb}} \over {^\text{235}\,\!\text{U}}</math> растёт быстрее, чем <math>{^\text{206}\,\!\text{Pb}} \over {^\text{238}\,\!\text{U}}</math>. Для образцов, в истории которых не было потери или привноса рассматриваемых изотопов, оба этих соотношения растут с возрастом строго определённым образом. Поэтому на графике, вдоль осей которого отложены эти величины, точки, соответствующие таким образцам, могут лежать только на одной определённой линии. Эта линия известна как '''''конкордия''''' или кривая согласованных значений абсолютного возраста<ref name=geol_sl/>, попадающие на неё точки — как ''конкордантные'', а не попадающие — как ''дискордантные''. По мере старения образца точка движется вдоль неё. Таким образом, каждой точке конкордии соответствует определённый возраст образца. Нулевому возрасту соответствует начало координат (0,0).


Если образец теряет свинец, то процент потерь в первом приближении одинаков для всех его изотопов. Поэтому точка, соответствующая образцу, сдвигается с конкордии в направлении точки (0,0). Величина сдвига пропорциональна количеству потерянного свинца. Если взять несколько образцов одного возраста, которые отличаются величиной этих потерь, соответствующие точки будут лежать на прямой, пересекающей конкордию и указывающей примерно на начало координат. Эта прямая известна как '''''дискордия'''''; она является изохроной (то есть все её точки соответствуют одному возрасту). Верхняя точка пересечения конкордии с этой прямой и показывает возраст объекта<ref name=BSE/><ref name=geol_sl/>.
[[Файл:Pfunze belt concordia.png|мини|слева|500px|Изогнутая линия — конкордия, на ней около круглых точек отмечены соотв. значения возраста. Квадратные точки — результаты измерений. Проведённая через них прямая пересекает конкордию в точке, показывающей возраст объекта (здесь около 2,6 млрд лет). По данным для циркона из [[архей]]ских пород Зимбабве<ref name="Vinyu+2001"/>.]] Использование двух изотопов урана даёт возможность определить возраст объекта даже в случае потери им некоторой части свинца. Поскольку <sup>235</sup>U распадается быстрее, чем <sup>238</sup>U, отношение <math>{^\text{207}\,\!\text{Pb}} \over {^\text{235}\,\!\text{U}}</math> растёт быстрее, чем <math>{^\text{206}\,\!\text{Pb}} \over {^\text{238}\,\!\text{U}}</math>. Для образцов, в истории которых не было потери или привноса рассматриваемых изотопов, оба этих соотношения растут с возрастом строго определённым образом. Поэтому на графике, вдоль осей которого отложены эти величины, точки, соответствующие таким образцам, могут лежать только на одной определённой линии. Эта линия известна как '''''конкордия''''' или кривая согласованных значений абсолютного возраста. По мере старения образца точка движется вдоль неё. Таким образом, каждой точке конкордии соответствует определённый возраст образца. Нулевому возрасту соответствует начало координат (0,0).


Вторая (нижняя) точка пересечения в идеальном случае соответствует возрасту события [[метаморфизм]]а, которое привело к потере свинца. Если оно произошло недавно, эта точка находится в начале координат; по мере старения образца она движется в сторону большего возраста<ref name=Schoene_2014/>. Но если потеря свинца была не одномоментной, а растянутой на время, сравнимое с возрастом образца, дискордия перестаёт быть прямой линией. Тогда положение нижней точки пересечения [[Аппроксимация|аппроксимирующей]] её прямой с конкордией ни о чём не говорит. Постепенная утечка свинца — нередкое явление, поскольку она сильно облегчена в местах радиационного повреждения кристаллов. Поэтому интерпретация положения этой точки неоднозначна<ref name=Schoene_2014/>; существует мнение, что её нужно рассматривать как показатель возраста возможного события метаморфизма только тогда, когда есть какие-либо геологические признаки такого события<ref name=Dickin_2005/>.
Если образец теряет свинец, то процент потерь одинаковый для всех его изотопов. Поэтому точка, соответствующая образцу, сдвигается с конкордии в направлении точки (0,0). Величина сдвига зависит от количества потерянного свинца. Если взять из одного геологического объекта несколько образцов, которые отличаются величиной этих потерь, соответствующие точки будут лежать на прямой, пересекающей конкордию и указывающей примерно на начало координат. Эта прямая известна как '''''дискордия'''''; она является изохроной (то есть все её точки соответствуют одному возрасту). Верхняя точка пересечения конкордии с этой прямой и показывает возраст объекта<ref name="bse"/><ref name="Alden"/>.


Положение верхней точки пересечения не зависит от того, одномоментной или постепенной была потеря свинца; эта точка показывает возраст объекта в обоих случаях<ref name=Dickin_2005/>.
Положение второй (нижней) точки пересечения часто интерпретируется как показатель возраста события [[метаморфизм]]а, которое привело к потере свинца. Если оно произошло недавно, дискордия проходит точно через начало координат<ref name="titaeva_2000"/><ref name=geol_sl/>. Согласно математическим моделям, по мере старения образца дискордия поворачивается по часовой стрелке вокруг верхней точки пересечения, таким образом, нижняя точка пересечения движется в сторону большего возраста. Но если потеря свинца была не одномоментной, а растянутой на время, сравнимое с возрастом образца, дискордия перестаёт быть прямой линией. Тогда положение точки пересечения [[Аппроксимация|аппроксимирующей]] её прямой с конкордией ни о чём не говорит. Постепенная утечка свинца — нередкое явление, поскольку она сильно облегчена в местах радиационного повреждения кристаллов. Поэтому сейчас считается, что нижнюю точку пересечения конкордии и дискордии нужно интерпретировать как показатель возраста возможного события метаморфизма только тогда, когда есть какие-либо признаки такого события<ref name="Dickin_2005"/>.


Приобретение образцом урана сдвигает точки на диаграмме аналогично потере свинца, а потеря урана, как и приобретение свинца, — в противоположную сторону («обратная дискордантность», {{lang-en|reverse discordance}}). В случае потери урана положение точек пересечения конкордии и дискордии можно интерпретировать аналогично вышеописанному. Однако циркон склонен именно к потере свинца (атомы которого хуже встраиваются в его кристаллическую решётку, причём расположены в местах её радиационного повреждения)<ref name=White_3/>, и из упомянутых ситуаций она встречается чаще всего. Обратная дискордантность, иногда наблюдающаяся в некоторых участках кристаллов циркона, может объясняться миграцией свинца в пределах кристалла<ref name=Dickin_2005/>; в некоторых минералах она встречается чаще и может иметь и другие причины<ref name=Corfu_2013/>. Приобретение свинца делает образцы непригодными для определения возраста, так как изотопный состав этого свинца может быть разным. Впрочем, встречается оно редко<ref name=White_3/>.
Положение верхней точки пересечения не зависит от того, одномоментной или постепенной была потеря свинца; эта точка показывает возраст объекта в обоих случаях.


== Проблема точности постоянных распада ==
== Методы измерений ==
В уран-свинцовом датировании приняты значения [[постоянная распада|постоянных распада]] изотопов урана, опубликованные<ref name=Jaffey_1971/> ещё в 1971 году и в 1977 году рекомендованные<ref name=Steiger_1977/> Подкомиссией по геохронологии [[Международный союз геологических наук|Международного союза геологических наук]]. Их погрешность (2[[стандартное отклонение|σ]]) равна 0,11 % для [[уран-238|урана-238]] и 0,14 % для [[уран-235|урана-235]]<ref name=Dickin_2005/><ref name=White_3/>. Она меньше, чем у всех остальных изотопов, используемых для датировок<ref name=Begemann_2001/><ref name=Schoene_2014/>, но с развитием метода стала главной помехой для роста точности результатов (погрешность от остальных источников ошибок нередко оказывается меньшей 0,1 %)<ref name=Dickin_2005/><ref name=Mattinson_2010/><ref name=Davis_2015/>.


Сравнение данных, полученных по разным изотопам урана, показало, что в принятых значениях этих постоянных есть некоторая несогласованность, которую можно объяснить заниженным на 0,09 % (хотя и не выходящим за пределы указанной погрешности) значением постоянной распада урана-235. Коррекция этого значения может несколько повысить точность датировки, но дальнейшее уточнение требует новых измерений упомянутых постоянных<ref name=Mattinson_2010/><ref name=Schoene_2006/><ref name=Begemann_2001/><ref name=White_3/>, и эти измерения являются насущной задачей<ref name=Harrison_2015/>. Кроме того, современные исследования показывают, что среднее для земных пород соотношение концентраций изотопов урана <math>^{238}\mathrm{U}/^{235}\mathrm{U}</math>, важное для [[свинец-свинцовый метод|свинец-свинцовых датировок]], немного меньше принятого<ref name=Steiger_1977/> значения 137,88 и составляет около 137,82, причём в разных образцах оно отличается на сотые и даже десятые доли процента<ref name=White_3/><ref name=Parrish_2015/><ref name=Schoene_2014/>.
Степень повреждения радиацией и различными внешними факторами может сильно различаться в пределах одного кристалла, поэтому при измерениях концентрации изотопов бывает необходимо большое пространственное разрешение. Тогда используется такой метод, как [[масс-спектрометрия вторичных ионов]] с помощью ионного микрозонда. Также применяется [[масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой]]<ref name="Dickin_2005"/>.


== Примечания ==
== Примечания ==
;Комментарии
{{примечания | refs=
{{примечания|group="Комм."}}
<ref name="Dickin_2005">{{книга
;Источники
|автор = Dickin, A.P.
{{примечания|2|refs=
<ref name=Begemann_2001>{{cite journal
|title =Call for an improved set of decay constants for geochronological use
|author =Begemann F., Ludwig K. R., Lugmair G. W., Min K., Nyquist L. E., Patchett P. J., Renne P. R., Shih C.-Y., Villa I. M., Walker R. J.
|date =2001
|journal=Geochimica et Cosmochimica Acta
|volume =65
|issue =1
|pages =111–121
|doi =10.1016/S0016-7037(00)00512-3
|bibcode=2001GeCoA..65..111B
|url=http://web.archive.org/web/20170209210247/http://users.clas.ufl.edu/kmin/publications/Begemann%20et%20al.%20(2001,%20GCA).pdf
}}</ref>
<ref name=Boltwood_1907>{{cite journal
|title =On the Ultimate Disintegration Products of the Radio-active Elements. Part II. The Disintegration Products of Uranium
|author =Boltwood B.
|date =1907
|journal=American Journal of Science
|volume =23, ser.4
|pages =77–88
|doi =10.2475/ajs.s4-23.134.78
}}</ref>
<ref name=Bourdon_2015>{{публикация|книга
|автор = Bourdon B.
|часть = U-Series Dating
|заглавие = Encyclopedia of Scientific Dating Methods
|ответственный = W. J. Rink, J. W. Thompson
|издательство = Springer Netherlands
|год = 2015
|pages = 918–932
|allpages = 978
|isbn = 978-94-007-6304-3
|doi = 10.1007/978-94-007-6304-3_238
}}</ref>
<ref name=BSE>{{Из БСЭ|заглавие=Геохронология|автор=Б. М. Келлер, А. И. Тугаринов, Г. В. Войткевич}}</ref>
<ref name=Condon_2015>{{cite journal
|title=Metrology and traceability of U–Pb isotope dilution geochronology (EARTHTIME Tracer Calibration Part I)
|author =Condon D. J., Schoene B., McLean N. M., Bowring S. A., Parrish R. R.
|date =2015
|journal=Geochimica et Cosmochimica Acta
|volume =164
|pages =464–480
|doi =10.1016/j.gca.2015.05.026
|bibcode=2015GeCoA.164..464C
|url =http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S001670371500321X
}}</ref>
<ref name=Corfu_2013>{{cite journal
|title =A century of U-Pb geochronology: The long quest towards concordance
|author =Corfu F.
|date =2013
|journal=Geological Society of America Bulletin
|volume =125
|issue =1–2
|pages =33–47
|doi =10.1130/B30698.1
|bibcode=2013GSAB..125...33C
}}</ref>
<ref name=Dalrymple_1994>{{книга
|автор = Dalrymple G. B.
|часть = Early Appeals to Radioactivity
|заглавие = The Age of the Earth
|ссылка часть = http://books.google.com/books?id=a7S3zaLBrkgC&pg=PA69
|издательство = Stanford University Press
|год = 1994
|pages = 69–74
|allpages = 474
|isbn = 9780804723312
}}</ref>
<ref name=Davis_2001>Согласно постоянным распада из {{cite journal
|title =Evaluation of the 232Th Decay Constant by Empirical Cross-Calibration of 208Pb/232Th and 207Pb/235U Systematics in Monazites
|author =Davis W. J., Villeneuve M. E.
|date =2001
|journal=Eleventh Annual V. M. Goldschmidt Conference, May 20-24, 2001, Hot Springs, Virginia, abstract no.3838
|bibcode=2001eag..conf.3838D
|url =http://www.lpi.usra.edu/meetings/gold2001/pdf/3838.pdf
}}</ref>
<ref name=Davis_2015>{{публикация|книга
|автор = Davis D. W.
|часть = Uranium–Lead, Igneous Rocks
|заглавие = Encyclopedia of Scientific Dating Methods
|ответственный = W. J. Rink, J. W. Thompson
|издательство = Springer Netherlands
|год = 2015
|pages = 894–898
|allpages = 978
|isbn = 978-94-007-6304-3
|doi = 10.1007/978-94-007-6304-3_202
}}</ref>
<ref name=Dickin_2005>{{книга
|автор = Dickin A. P.
|заглавие = Radiogenic Isotope Geology
|заглавие = Radiogenic Isotope Geology
|издание = 2-е изд
|издание = 2nd ed
|место = Cambridge
|издательство = Cambridge University Press
|издательство = Cambridge University Press
|год = 2005
|год = 2005
|страницы = 101–135, 275, 324–382
|pages = 29–31, 101–135, 275, 324–382
|страниц = 512
|allpages = 512
|ссылка = http://books.google.com/books?id=vsxIsLcB_xUC
|ссылка = http://books.google.com/books?id=vsxIsLcB_xUC&pg=PA101
|isbn = 0-521-82316-1
|isbn = 0-521-82316-1
}}</ref>
}}</ref>
<ref name="titaeva_2000">{{книга
<ref name=Fernandez_Jalvo_2016>{{книга
|заглавие = Azokh Cave and the Transcaucasian Corridor
|автор = Титаева Н. А.
|ссылка = http://books.google.com/books?id=RJPNDAAAQBAJ&pg=PA325&dq=%22dating+range%22
|заглавие = Ядерная геохимия: Учебник
|ответственный = Y. Fernandez-Jalvo, T. King, L. Yepiskoposyan, P. Andrews
|издание = 2-е изд
|издательство = Springer
|место = М.
|год = 2016
|издательство = Издательство МГУ
|год = 2000
|pages = 325
|страницы = 99—102
|allpages = 772
|страниц = 336
|isbn = 9783319249247
}}</ref>
|isbn = 5-211-02564-4
<ref name=geol_sl>[http://archive.fo/xgRKV Кривая согласованных значений абсолютного возраста (конкордия)] // Геологический словарь: в 2-х томах. — М.: Недра. Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др. — 1978</ref>
<ref name=Gleadow_2015>{{публикация|книга
|автор = Gleadow A. J. W., Seiler C.
|часть = Fission Track Dating and Thermochronology
|заглавие = Encyclopedia of Scientific Dating Methods
|ответственный = W. J. Rink, J. W. Thompson
|издательство = Springer Netherlands
|год = 2015
|pages = 285–296
|allpages = 978
|isbn = 978-94-007-6304-3
|doi = 10.1007/978-94-007-6304-3_5
}}</ref>
<ref name=Harrison_2015>{{книга
|автор = Harrison T. M., Baldwin S. L., Caffee M. et al.
|заглавие = It’s About Time: Opportunities and Challenges for U.S. Geochronology
|издательство = University of California
|место = Los Angeles
|год = 2015
|pages = 24–26
|allpages = 56
|серия = Institute of Geophysics and Planetary Physics Publication 6539
|ссылка = http://web.archive.org/web/20170217090009/http://www.princeton.edu/geosciences/people/schoene/pdf/2014_geochronologyreport_FINAL.pdf
}}</ref>
<ref name=Jaffey_1971>{{cite journal
|title =Precision measurement of half-lives and specific activities of <sup>235</sup>U and <sup>238</sup>U
|author =Jaffey A. H., Flynn K. F., Glendenin L. E., Bentley W. C., Essling A. M.
|date =1971
|journal=Physical Review C
|volume =4
|issue =5
|pages =1889–1906
|doi =10.1103/PhysRevC.4.1889
|bibcode=1971PhRvC...4.1889J
}}</ref>
<ref name=Krogh_1973>{{cite journal
|title =A low-contamination method for hydrothermal decomposition of zircon and extraction of U and Pb for isotopic age determinations
|author =Krogh T. E.
|date =1973
|journal=Geochimica et Cosmochimica Acta
|volume =37
|issue =3
|pages =485–494
|doi =10.1016/0016-7037(73)90213-5
|bibcode=1973GeCoA..37..485K
}}</ref>
<ref name=Krogh_1982>{{cite journal
|title =Improved accuracy of U-Pb zircon ages by the creation of more concordant systems using an air abrasion technique
|author =Krogh T. E.
|date =1982
|journal=Geochimica et Cosmochimica Acta
|volume =46
|issue =4
|pages =637–649
|doi =10.1016/0016-7037(82)90165-X
|bibcode=1982GeCoA..46..637K
}}</ref>
<ref name=Kusiak_2008>{{cite journal
|title =Proton microprobe for chemical dating of monazite
|author =Kusiak M. A., Lekki J.
|date =2008
|journal=Gondwana Research
|volume =14
|issue =4
|pages =617–623
|doi =10.1016/j.gr.2008.01.011
|url =https://www.researchgate.net/publication/248564409
}}</ref>
<ref name=Lewis_2002>{{книга
|автор = Lewis C. L. E.
|часть = Arthur Holmes' unifying theory: from radioactivity to continental drift
|заглавие = The Earth Inside and Out: Some Major Contributions to Geology in the Twentieth Century
|ссылка часть = http://books.google.com/books?id=PFc_SE4dqVMC&pg=PA168&dq=1904
|ответственный = D. R. Oldroyd
|издательство = Geological Society of London
|серия = Geological Society special publication 192
|год = 2002
|pages = 168
|allpages = 369
|isbn = 9781862390966
}}</ref>
<ref name=Mattinson_2005>{{cite journal
|title =Zircon U–Pb chemical abrasion (“CA-TIMS”) method: Combined annealing and multi-step partial dissolution analysis for improved precision and accuracy of zircon ages
|author =Mattinson J. M.
|date =2005
|journal=Chemical Geology
|volume =220
|issue =1-2
|pages =47–66
|doi =10.1016/j.chemgeo.2005.03.011
|url =http://web.archive.org/web/20170211130958/http://www.geo.arizona.edu/~reiners/geos474-574/Mattinson2005CG.pdf
}}</ref>
<ref name=Mattinson_2010>{{cite journal
|title =Analysis of the relative decay constants of <sup>235</sup>U and <sup>238</sup>U by multi-step CA-TIMS measurements of closed-system natural zircon samples
|author =Mattinson J. M.
|date =2010
|journal=Chemical Geology
|volume =275
|issue =3-4
|pages =186–198
|doi =10.1016/j.chemgeo.2010.05.007
|url =http://www.academia.edu/27943270
}}</ref>
<ref name=Mattinson_2013>{{cite journal
|title =Revolution and evolution: 100 years of U-Pb geochronology
|author =Mattinson J. M.
|date =2013
|journal=Elements
|volume =8
|pages =53–57
|doi =10.2113/gselements.9.1.53
|url=http://web.archive.org/web/20170211005247/http://elements.geoscienceworld.org/content/gselements/9/1/53.full.pdf
}}</ref>
<ref name=Mattinson_2013_tgr>{{книга
|автор = Mattinson J. M.
|часть = The geochronology revolution
|заглавие = The Web of Geological Sciences: Advances, Impacts, and Interactions
|ссылка часть = http://books.google.com/books?id=PUypAAAAQBAJ&pg=PA304&dq=lecture
|ответственный = M. E. Bickford
|издательство = Geological Society of America
|серия = Geological Society of America special paper 500
|год = 2013
|pages = 304
|allpages = 611
|isbn = 9780813725000
}}</ref>
<ref name=Mundil_2004>{{cite journal
|title =Age and Timing of the Permian Mass Extinctions: U/Pb Dating of Closed-System Zircons
|author =Mundil, R.; Ludwig, K. R.; Metcalfe, I.; Renne, P. R.
|date =2004
|journal=Science
|volume =305
|issue =5691
|pages =1760–1763
|doi =10.1126/science.1101012
|bibcode=2004Sci...305.1760M
}} (Краткое изложение: {{cite web
|author =Sanders R.
|date =2004
|url =http://www.berkeley.edu/news/media/releases/2004/09/16_uranium.shtml
|title =Uranium/lead dating provides most accurate date yet for Earth’s largest extinction
|publisher=UC Berkeley News
}})</ref>
<ref name=Neymark_2015>{{публикация|книга
|автор = Neymark L.
|часть = Uranium–Lead Dating, Opal
|ссылка часть = http://www.researchgate.net/publication/264735823
|заглавие = Encyclopedia of Scientific Dating Methods
|ответственный = W. J. Rink, J. W. Thompson
|издательство = Springer Netherlands
|год = 2015
|pages = 858–863
|allpages = 978
|isbn = 978-94-007-6304-3
|doi = 10.1007/978-94-007-6304-3_263
}}</ref>
<ref name=Parrish_2015>{{публикация|книга
|автор = Parrish R.
|часть = Uranium–Lead Dating
|заглавие = Encyclopedia of Scientific Dating Methods
|ответственный = W. J. Rink, J. W. Thompson
|издательство = Springer Netherlands
|год = 2015
|pages = 848–857
|allpages = 978
|isbn = 978-94-007-6304-3
|doi = 10.1007/978-94-007-6304-3_193
}}</ref>
<ref name=Pickering_2010>{{cite journal
|author =Pickering, R., Kramers, J.D., Partridge, T., Kodolanyi, J., Pettke, T.
|date =2010
|title=U–Pb dating of calcite–aragonite layers in speleothems from hominin sites in South Africa by MC-ICP-MS
|journal=Quaternary Geochronology
|volume =5
|issue =5
|pages =544–558
|doi =10.1016/j.quageo.2009.12.004
}}</ref>
<ref name=Rutherford_1906>{{публикация|книга
|автор = Rutherford E.
|часть = Present Problems of Radioactivity
|заглавие = International Congress of Arts and Science. Vol. IV
|ссылка часть = https://archive.org/stream/internationalcon04cong#page/185/mode/1up
|ответственный = H. J. Rogers
|издательство = University Alliance
|год = 1906
|pages = 185–186
|doi = 10.5962/bhl.title.43866
}}</ref>
<ref name=Sano_2006>{{cite journal
|title =Ion microprobe U-Pb dating of a dinosaur tooth
|author =Sano Y., Terada K. et al.
|date =2006
|journal=Geochemical Journal
|volume =40
|pages =171–179
|doi =10.2343/geochemj.40.171
|url=https://web.archive.org/web/20090509005358/http://www.terrapub.co.jp/journals/GJ/pdf/4002/40020171.pdf
}}</ref>
<ref name=Schoene_2006>{{cite journal
|title =Reassessing the uranium decay constants for geochronology using ID-TIMS U–Pb data
|author =Schoene B., Crowley J. L., Condon D. J., Schmitz M. D., Bowring S. A.
|date =2006
|journal=Geochimica et Cosmochimica Acta
|volume =70
|issue =2
|pages =426–445
|doi =10.1016/j.gca.2005.09.007
|bibcode=2006GeCoA..70..426S
}}</ref>
<ref name=Schoene_2014>{{публикация|книга
|автор = Schoene B.
|часть = 4.10. U–Th–Pb Geochronology
|заглавие = Treatise on Geochemistry
|ссылка часть = http://web.archive.org/web/20160305070912/http://www.princeton.edu/geosciences/people/schoene/pdf/4_10_Schoene_UThPb_geochronology.pdf
|ответственный = H. Holland, K. Turekian
|издательство = Elsevier
|издание = 2nd ed
|год = 2014
|volume = 4: The Crust
|pages = 341–378
|isbn = 978-0-08-098300-4
|doi = 10.1016/B978-0-08-095975-7.00310-7
}}</ref>
<ref name=Scoates_2015>{{книга
|автор = Scoates J. S., Wall C. J.
|часть = Geochronology of Layered Intrusions
|заглавие = Layered Intrusions
|ссылка часть = http://books.google.com/books?id=rGl1CQAAQBAJ&pg=PA24&dq=closure
|ответственный = B. Charlier, O. Namur, R. Latypov, Ch. Tegner
|издательство = Springer
|год = 2015
|pages = 23–28
|allpages = 748
|isbn = 9789401796521
}}</ref>
<ref name=Steiger_1977>{{cite journal
|title=Subcommission on geochronology: Convention on the use of decay constants in geo- and cosmochronology
|author =Steiger R. H., Jäger E.
|date =1977
|journal=Earth and Planetary Science Letters
|volume =36
|issue =3
|pages =359–362
|doi =10.1016/0012-821X(77)90060-7
|bibcode=1977E&PSL..36..359S
|url =http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.456.667&rep=rep1&type=pdf
}}</ref>
<ref name=Suzuki_2008>{{cite journal
|title =CHIME dating of monazite, xenotime, zircon and polycrase: Protocol, pitfalls and chemical criterion of possibly discordant age data
|author =Suzuki K., Kato T.
|date =2008
|journal=Gondwana Research
|volume =14
|issue =4
|pages =569–586
|doi =10.1016/j.gr.2008.01.005
}}</ref>
<ref name=Suzuki_2015>{{публикация|книга
|автор = Suzuki K., Dunkley D. J.
|часть = Uranium-Lead, Chemical Isochron U-Pb Method (CHIME)
|заглавие = Encyclopedia of Scientific Dating Methods
|ответственный = W. J. Rink, J. W. Thompson
|издательство = Springer Netherlands
|год = 2015
|pages = 863–869
|allpages = 978
|isbn = 978-94-007-6304-3
|doi = 10.1007/978-94-007-6304-3_200
}}</ref>
<ref name=Terada_2012>{{cite journal
|title =In-Situ U–Pb Dating of Apatite by Hiroshima-SHRIMP: Contributions to Earth and Planetary Science
|author =Terada K., Sano Y.
|date =2012
|journal=Mass Spectrometry
|volume =1
|issue =2
|doi =10.5702/massspectrometry.A0011
|url =https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3775829/pdf/massspectrometry-1-2-A0011.pdf
}}</ref>
<ref name=Thomson_2012>{{cite journal
|title =Routine low-damage apatite U-Pb dating using laser ablation–multicollector–ICPMS
|author =Thomson S. N., Gehrels G. E., Ruiz J., Buchwaldt R.
|date =2012
|journal=Geochemistry, Geophysics, Geosystems
|volume =13
|issue =2
|doi =10.1029/2011GC003928
|bibcode=2012GGG....13.AA21T
|url =http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2011GC003928/epdf
}}</ref>
<ref name=Vinyu_2001>{{cite journal
|title =U-Pb zircon ages from a craton-margin archaean orogenic belt in northern Zimbabwe
|date =2001
|first =M. L. |last=Vinyu
|coauthors=R. E. Hanson, M. W. Martin, S. A. Bowring, H. A. Jelsma and P. H. G. M. Dirks
|journal=Journal of African Earth Sciences
|volume =32
|issue =1
|pages =103–114
|doi =10.1016/S0899-5362(01)90021-1
|bibcode=2001JAfES..32..103V
}}</ref>
<ref name=White_2_1>{{книга
|автор = White W. M.
|часть = 2.1. Basics of Radioactive Isotope Geochemistry
|заглавие = Isotope Geochemistry
|ссылка часть = http://books.google.com/books?id=3-aNBQAAQBAJ&pg=PA32&dq=uranium
|издательство = John Wiley & Sons
|год = 2015
|pages = 32–33
|allpages = 496
|isbn = 978-0-470-65670-9
}} ([http://www.geo.cornell.edu/geology/classes/Geo656/656notes13/IsotopeGeochemistry%20Chapter2.pdf pdf]).</ref>
<ref name=White_3>{{книга
|автор = White W. M.
|часть = 3. Decay systems and geochronology II: U and Th
|заглавие = Isotope Geochemistry
|ссылка часть = http://books.google.com/books?id=3-aNBQAAQBAJ&pg=PA72
|издательство = John Wiley & Sons
|год = 2015
|pages = 72–100
|allpages = 496
|isbn = 978-0-470-65670-9
}} ([http://www.geo.cornell.edu/geology/classes/Geo656/656notes13/IsotopeGeochemistry%20Chapter3.pdf pdf]).</ref>
<ref name=White_ID>{{книга
|автор = White W. M.
|часть = Appendix 4.3. Isotope dilution analysis
|заглавие = Isotope Geochemistry
|ссылка часть = http://books.google.com/books?id=3-aNBQAAQBAJ&pg=PA461&dq=dilution
|издательство = John Wiley & Sons
|год = 2015
|pages = 461–462
|allpages = 496
|isbn = 978-0-470-65670-9
}} ([http://www.geo.cornell.edu/geology/classes/Geo656/656notes13/AnalyticalAppendix.pdf pdf]).</ref>
<ref name=Xia_2004>{{cite journal
|title =Spot zircon U-Pb isotope analysis by ICP-MS coupled with a frequency quintupled (213 nm) Nd-YAG laser system
|author =Xia X. P., Sun M., Zhao G. C., Li H. M., Zhou M. F.
|date =2004
|journal=Geochemical Journal
|volume =38
|issue =2
|pages =191–200
|doi =10.2343/geochemj.38.191
|url=http://web.archive.org/web/20090509003904/http://www.terrapub.co.jp/journals/GJ/pdf/3802/38020191.pdf
}}</ref>
<ref name=Zeitler_2015>{{публикация|книга
|автор = Zeitler P. K.
|часть = U–Th/He Dating
|заглавие = Encyclopedia of Scientific Dating Methods
|ответственный = W. J. Rink, J. W. Thompson
|издательство = Springer Netherlands
|год = 2015
|pages = 932–940
|allpages = 978
|isbn = 978-94-007-6304-3
|doi = 10.1007/978-94-007-6304-3_131
}}</ref>
}}</ref>
<ref name="bse">{{Из БСЭ|заглавие=Геохронология|автор=Б. М. Келлер, А. И. Тугаринов, Г. В. Войткевич}}</ref>
<ref name=geol_sl>[http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_geolog/12122/КРИВАЯ Кривая согласованных значений абсолютного возраста (конкордия)] // Геологический словарь: в 2-х томах. — М.: Недра. Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др. 1978</ref>
<ref name=Pickering_2010>{{Статья |автор =Pickering, R., Kramers, J.D., Partridge, T., Kodolanyi, J., Pettke, T. |год=2010 |заглавие=U–Pb dating of calcite–aragonite layers in speleothems from hominin sites in South Africa by MC-ICP-MS |издание=Quaternary Geochronology |volume=5 |номер=5 |pages=544-558 |ссылка=http://unimelb.academia.edu/RobynPickering/Papers/431547/U-Pb_dating_of_calcite-aragonite_layers_in_speleothems_from_hominin_sites_in_South_Africa_by_MC-ICP-MS}}</ref>
<ref name="Vinyu+2001">{{Cite journal|doi=10.1016/S0899-5362(01)90021-1 |title=U-Pb zircon ages from a craton-margin archaean orogenic belt in northern Zimbabwe |year=2001 |first=M. L. |last=Vinyu |coauthors=R. E. Hanson, M. W. Martin, S. A. Bowring, H. A. Jelsma and P. H. G. M. Dirks |journal=Journal of African Earth Sciences |volume=32|issue=1 |pages=103–114|bibcode = 2001JAfES..32..103V }}</ref>
<ref name=Rodionov_2009>{{Статья |автор =Родионов Н. В., Беляцкий Б. В., Антонов А. В., Пресняков С. Л., Сергеев С. А. |год=2009 |заглавие=Уран-свинцовый возраст бадделеита (ионный микрозонд SHRIMP-II) и его использование для датирования карбонатитовых массивов |издание=Доклады Академии наук |volume=428 |номер=2 |pages=244-248 |ссылка=http://144.206.159.178/ft/7781/643409/12901862.pdf}}</ref>
<ref name="Alden">Andrew Alden. [http://geology.about.com/od/geotime_dating/a/uraniumlead.htm ''Uranium-Lead Dating''] About.com Geology</ref>
<ref name="Sanders_2004">Robert Sanders 2004. [http://berkeley.edu/news/media/releases/2004/09/16_uranium.shtml ''Uranium/lead dating provides most accurate date yet for Earth’s largest extinction''] UC Berkeley News</ref>
}}
}}


== Литература ==
== Литература ==
* {{публикация|книга
|автор = Schoene B.
|часть = 4.10. U–Th–Pb Geochronology
|заглавие = Treatise on Geochemistry
|ссылка часть = http://web.archive.org/web/20160305070912/http://www.princeton.edu/geosciences/people/schoene/pdf/4_10_Schoene_UThPb_geochronology.pdf
|ответственный = H. Holland, K. Turekian
|издательство = Elsevier
|издание = 2nd ed
|год = 2014
|volume = 4: The Crust
|pages = 341–378
|isbn = 978-0-08-098300-4
|doi = 10.1016/B978-0-08-095975-7.00310-7
}}
* {{книга
* {{книга
|автор = Титаева Н. А.
|автор = White W. M.
|часть = 3. Decay systems and geochronology II: U and Th
|заглавие = Ядерная геохимия: Учебник
|издание = 2-е изд
|заглавие = Isotope Geochemistry
|ссылка часть = http://books.google.com/books?id=3-aNBQAAQBAJ&pg=PA72
|место = М.
|издательство = Издательство МГУ
|издательство = John Wiley & Sons
|год = 2000
|год = 2015
|страниц = 336
|pages = 72–100
|isbn = 5-211-02564-4
|allpages = 496
|isbn = 978-0-470-65670-9
}} ([http://www.geo.cornell.edu/geology/classes/Geo656/656notes13/IsotopeGeochemistry%20Chapter3.pdf pdf]).
* {{публикация|книга
|автор = Parrish R.
|часть = Uranium–Lead Dating
|заглавие = Encyclopedia of Scientific Dating Methods
|ответственный = W. J. Rink, J. W. Thompson
|издательство = Springer Netherlands
|год = 2015
|pages = 848–857
|allpages = 978
|isbn = 978-94-007-6304-3
|doi = 10.1007/978-94-007-6304-3_193
}}
}}
* {{книга
* {{книга
|автор = Dickin, A.P.
|автор = Dickin A. P.
|заглавие = Radiogenic Isotope Geology
|заглавие = Radiogenic Isotope Geology
|издание = 2-е изд
|часть = 5. Lead isotopes
|место = Cambridge
|издание = 2nd ed
|издательство = Cambridge University Press
|издательство = Cambridge University Press
|год = 2005
|год = 2005
|страниц = 512
|pages = 101–135
|allpages = 512
|ссылка = http://books.google.com/books?id=vsxIsLcB_xUC
|ссылка часть = http://books.google.com/books?id=vsxIsLcB_xUC&pg=PA101
|isbn = 0-521-82316-1
|isbn = 0-521-82316-1
}}
}}
* ''Ишханов Б. С.'' [http://nuclphys.sinp.msu.ru/radioactivity/ract17.htm Основы геологии. 17. Ядерная хронология]
* ''Короновский Н. В.'', ''Якушова А. Ф.'' [http://geo.web.ru/db/msg.html?mid=1163814&uri=part18-02.htm Основы геологии. 18.2. Абсолютная геохронология]


{{Хронология}}
{{Хронология}}

Версия от 11:49, 18 февраля 2017

Ура́н-свинцо́вый ме́тод — один из видов радиоизотопного датирования. Применим к геологическим объектам, содержащим уран, и основан на определении того, какая его доля успела распасться за время существования объекта (с момента кристаллизации минералов в нём). Используются два изотопа урана, цепочки распада которых кончаются разными изотопами свинца; это сильно повышает надёжность результатов.

Данный метод — один из самых старых и хорошо разработанных способов радиоизотопного датирования и, при хорошем исполнении, — самый надёжный метод для объектов возрастом в сотни миллионов лет. Для одного из его вариантов средняя погрешность результатов из самых цитируемых статей к 2010 году достигла 0,2 %, а некоторые лаборатории получают и значительно меньшую[1][2]. Датировать можно и образцы, близкие по возрасту к Земле, и образцы младше 1 млн лет[3][4][1]. Большая надёжность и точность достигаются благодаря использованию данных по двум цепочкам распада и благодаря некоторым свойствам циркона — минерала, обычно применяемого для уран-свинцовых датировок. Этот метод считается «золотым стандартом» геохронологии[5][6].

Используются следующие превращения изотопов:

238U206Pb с периодом полураспада 4,4683 ± 0,0024 млрд лет[7] (ряд радия — см. Радиоактивные ряды),
235U207Pb с периодом полураспада 0,70381 ± 0,00048 млрд лет[7] (ряд актиния).

Иногда в дополнение к ним используют распад тория-232 (уран-торий-свинцовый метод):

232Th208Pb с периодом полураспада 14,0 млрд лет[Комм. 1][8][9] (ряд тория).

Все эти превращения идут во много стадий, но промежуточные нуклиды распадаются намного быстрее материнских.

Периоды полураспада 235U и 238U определены точнее, чем для всех остальных используемых в геохронологии изотопов. Но при самых точных исследованиях погрешность периодов полураспада выходит на первое место среди источников ошибокПерейти к разделу «#Проблема точности постоянных распада».

Распад урана создаёт возможность определять возраст и другими способами:

История

К идее определения возраста горных пород на основе распада урана пришёл Эрнест Резерфорд в начале XX века. Тогда ещё не было известно, что в этом процессе образуется свинец, и первые попытки датирования основывались на количестве другого продукта распада урана — гелия. Первую уран-гелиевую (и радиоизотопную вообще) оценку возраста Резерфорд озвучил на лекции в 1904 году[Комм. 2][14][15][16].

В 1905 году Бертрам Болтвуд заподозрил, что из урана образуется ещё и свинец, а Эрнест Резерфорд отметил, что датировки по нему должны быть точнее, чем по гелию, легко покидающему породы[17]. В 1907 году Болтвуд сделал оценку постоянной распада урана, определил отношение концентраций свинца и урана в ряде образцов урановой руды и получил значения возраста от 410 до 2200 млн лет[18]. Результат имел большое значение: он показал, что возраст Земли во много раз больше 20-40 млн лет, полученных десятью годами ранее Уильямом Томсоном на основании скорости остывания планеты[19].

Следующим шагом стала работа Артура Холмса, разработавшего более точные способы измерения концентрации урана и свинца. Они годились не только для урановых руд, но и для других минералов, в том числе циркона. В 1911 году Холмс опубликовал исследования ряда новых образцов по уточнённой постоянной распада урана. Поскольку тогда не было известно про образование части свинца в результате распада тория и даже про существование изотопов, оценки Болтвуда обычно были завышены на десятки процентов; значительные ошибки встречались и у Холмса[17][19]. Однако датировки Холмса для девонских (около 370 млн лет) образцов из Норвегии отличались от современных не более чем на 5 %[4].

Дальнейшее развитие метода было связано с развитием масс-спектрометрии и открытием благодаря ней изотопов свинца и урана (уран-235 был открыт в 1935 году). В 1930-х — 1940-х годах не указано название статьи разработал приборы, способные достаточно точно измерить изотопный состав этих элементов[4]. Первым используемым масс-спектрометрическим методом стала не указано название статьи[1]. Позже в практику датировок вошли методы исследования микроскопических участков образцов: в конце 1970-х — масс-спектрометрия вторичных ионов[1] (распространившаяся в 1990-х)[4], а в начале 1990-х — масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой и лазерной абляцией[20][21].

В 1955 году не указано название статьи применил для определения состава проб не указано название статьи, открывшее путь к высокой точности измерений и к массовому использованию циркона, ставшего с тех времён основным применяемым минералом[21]. В 1950-х — 1960-х стали широко доступными урановые и свинцовые изотопные метки для разбавления[4]. В 1956 году не указано название статьи предложил ставшую общеупотребительной визуализацию метода — диаграмму конкордии[1]Перейти к разделу «#Методика учёта потерь свинца», а Клэр Паттерсон определил свинец-свинцовым методом возраст Земли. В 1971 были опубликованы[7] очень точные значения постоянных распада изотопов урана, используемые до сих пор[1]. В 1973 не указано название статьи предложил метод растворения циркона плавиковой кислотой в тефлоновых ёмкостях, на 3 порядка снизивший загрязнение проб свинцом[22]. Это сильно увеличило точность датировок и количество занимающихся ими лабораторий[23][21][1]. С 1950-х годов продолжалась разработка способов удаления повреждённых областей кристаллов циркона[24]. В 1982 году Томас Крог предложил удачный механический[25], а в 2005 году Джеймс Маттинсон — химический[24] способ, ставшие стандартными[1][4]. Благодаря этим и другим изобретениям за время существования уран-свинцового метода требуемая масса образца уменьшилась на много порядков, а точность увеличилась на 1-2 порядка[1]. Годовое количество публикаций, посвящённых уран-свинцовым датировкам, постоянно растёт и с 2000 по 2010 год увеличилось более чем втрое[1].

Используемые минералы

Кристалл циркона под растровым электронным микроскопом

Чаще всего для датировок уран-свинцовым методом используют циркон (ZrSiO4). Следующие по важности применяемые минералы — монацит, титанит и бадделеит[5]. Кроме того, используют перовскит, апатит, алланит, рутил, не указано название статьи, уранинит, кальцит, арагонит, торит, пирохлор и прочие[4][26]. Иногда метод применяют и к горным породам, состоящим из смеси разных минералов, а также к некристаллическому материалу — опалу[27].

Циркон имеет большую прочность, стойкость к химическим воздействиям и высокую температуру закрытия — более 950—1000°C[28] (то есть при меньших температурах не обменивается свинцом с окружающей средой). Кроме того, важно, что он широко распространён в извержённых породах. В его кристаллическую решётку легко встраивается уран и намного труднее — свинец, поэтому весь свинец в составе циркона обычно можно считать образовавшимся после кристаллизации. Количество свинца иного происхождения можно рассчитать по количеству свинца-204, который не образуется при распаде изотопов урана[29][1][21].

Близкие свойства имеют бадделеит, монацит и титанит (последний, однако, набирает при кристаллизации больше свинца)[2][28]. Их температуры закрытия — >950°C, >750°C и 600—650°C соответственно[28]. Бадделеит, а при невысоких температурах и монацит с титанитом менее склонны к потере свинца, чем циркон[5][2].

Уран-свинцовым методом датируют и ископаемые остатки организмов, содержащие карбонат кальция или апатит, хотя эти материалы подходят для него хуже. Есть, в частности, оценки возраста апатита из конодонтовых элементов и из зубов акул и динозавров[30]. Датировка этого минерала осложнена, среди прочего, низким изначальным соотношением концентраций урана и свинца[31]. Температура закрытия у него составляет 425—500°C[28]. Зубы при жизни организма практически не содержат урана и тория и приобретают их только при фоссилизации; немало урана вбирают при фоссилизации и кости[30]. Погрешность имеющихся на 2012 год датировок апатитовых окаменелостей составляет около 10 % или больше[32]. В карбонатах изначальное отношение концентраций U/Pb, напротив, велико, но они более подвержены обмену веществ с окружающей средой (в частности, при характерном для них превращении арагонита в кальцит)[5]. По прогнозу 2015 года, уран-свинцовое датирование фосфатов и карбонатов в ближайшие годы будет интенсивно развиваться[4].

Подготовка образцов

Разные кристаллы и даже области кристаллов из одного и того же геологического объекта могут иметь разную пригодность для датирования: они отличаются по степени повреждения радиацией и внешними факторами; кроме того, кристалл может состоять из древней сердцевины («унаследованного ядра»), на которую позже наросли новые слои[1][5]. Поэтому необходим отбор пригодных образцов, их областей или фрагментов под микроскопом. Для этого применяется и оптическая, и электронная микроскопия[1][6].

К повреждению более склонны внешние области кристаллов циркона — в том числе и потому, что они обычно содержат больше урана[6]. Эти области можно удалить механически или химически. Некоторое время стандартом была абразия кристаллов при их круговом движении в потоке воздуха в стальной камере (воздушная абразия, не указано название статьи, 1982)[25], а позже — их травление плавиковой и азотной кислотой с предварительным отжигом («химическая абразия», Джеймс Маттинсон, 2005)[24][1]. Отжиг нужен для ликвидации дефектов решётки, при наличии которых травление нарушает элементный и даже изотопный состав пробы. В отличие от абразии, травление удаляет повреждённые (метамиктизированные) области и в глубине кристалла, вокруг микротрещин. Эти способы обработки сильно повышают точность результатов[5][4][23][21][33].

Для исследований методом ID-TIMS подготовленные кристаллы растворяют в плавиковой или соляной кислоте в тефлоновых ёмкостях[22], добавив изотопную метку (см. ниже). Далее уран и свинец можно для повышения точности отделить от других элементов реакциями ионного обмена (примеси затрудняют ионизацию урана и свинца на нити накала спектрометра и, в случае близкой массы иона, трудноотделимы от них при измерениях), после чего пробу наносят на нить накала[1]. Для исследований методами, основанными на облучении образцов, их заключают в эпоксидную смолу и заполировывают[20][30][34][35].

Измерение концентраций изотопов

Самые точные измерения состава образцов даёт не указано название статьи (TIMS) в сочетании с травлением кристаллов (CA) и не указано название статьи пробы (ID) — CA-ID-TIMS[6].

Применение изотопного разбавления связано с надобностью точного измерения соотношения концентраций не только изотопов одного элемента (что на масс-спектрометрах делается легко), но и изотопов разных элементов. Для этого пробу смешивают с изотопной меткой (известным количеством тех же элементов с другим изотопным составом), после чего изначальный состав пробы можно рассчитать по измеренным соотношениям концентраций изотопов каждого элемента[3][36][4][5].

Следующие методы определения состава менее точны, но и менее трудоёмки и годятся для исследования отдельных микроскопических областей кристаллов. Для точного измерения соотношения концентраций элементов они требуют калибровки по образцам известного состава[4][1].

  • Масс-спектрометрия вторичных ионов (SIMS). Исследуются ионы, выбитые из полированной поверхности пробы тонким ионным пучком. Наилучшими из подобных спектрометров являются установки типа не указано название статьи («чувствительный ионный микрозонд высокого разрешения»), позволяющие уверенно отделить ионы свинца от молекулярных ионов близкой массы[5][4].
Кристалл циркона с лункой от лазерной абляции
  • Масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой и лазерной абляцией (LA-ICP-MS). Исследуемые ионы испаряются из образца лазерным лучом. По сравнению с SIMS требует большего количества вещества для анализа, имеет несколько меньшее пространственное разрешение и трудности в измерении количества 204Pb, но быстрее, дешевле и имеет ряд других преимуществ; лучшие исследования достигают такой же точности, как SIMS[4][6].
  • Рентгеноспектральный микроанализ. Анализируется рентгеновское излучение от пробы, облучаемой электронами (микроанализ с электронным зондом, EPMA; «химический метод изохрон», CHIME) или, реже, протонами (PIXE). Метод даёт элементный, но не изотопный, состав образца (отсюда название «химический») и поэтому имеет ограниченное применение. Чаще всего его используют для древних кристаллов монацита[Комм. 3][21][5], реже — для циркона, ксенотима, бадделеита и др.[34][4][37] Отличается исключительно хорошим (порядка 1 мкм) пространственным разрешением, позволяющим составить детальную карту значений возраста для образца размером в доли миллиметра, и не разрушает образец[34][1][37]. Вариант с протонным лучом имеет лучшее разрешение (1 мкм против 1-3 мкм)[35][34] и меньший порог обнаружения U, Th и Pb (<10 ppm против ~200 ppm), чем с электронным, но технически сложнее и дороже[35].

По усреднённым данным из самых цитируемых статей, погрешность (2σ) датировок по 206Pb/238U по состоянию на 2010 год составляла 0,2 % для ID-TIMS и около 3 % для SIMS и LA-ICP-MS[1]. В некоторых лабораториях обычная точность датировок отдельных зёрен циркона (по состоянию на 2015 год) может достигать 0,05 % для ID-TIMS и 0,5 % для SIMS и LA-ICP-MS[2].

Расходуемая масса образца, по усреднённым данным из самых цитируемых статей за 2010 год, составляла около 10−5 г для ID-TIMS и около 5·10−9 г для SIMS[1] (исследования по методам SIMS и LA-ICP-MS расходуют область пробы диаметром в десятки мкм и глубиной 1-2 мкм (SIMS) или десятки мкм (LA-ICP-MS)[2][21]; EPMA и PIXE могут работать по области на порядок меньшего диаметра и не разрушают её)[1][6][4][35]. Время анализа, по тем же данным, составляет несколько часов для ID-TIMS, около получаса для SIMS и ≤2 минуты для LA-ICP-MS[1]. При исследовании методом EPMA на одну точку образца уходят секунды или десятки секунд, а на построение карты возраста размером 200×200 пикселей — обычно до 30 часов[37][34].

Методика учёта потерь свинца

Изогнутая линия — конкордия, на ней около круглых точек отмечены соотв. значения возраста. Квадратные точки — результаты измерений. Проведённая через них прямая (дискордия) пересекает конкордию в точке, показывающей возраст объекта (здесь около 2,6 млрд лет). По данным для циркона из архейских пород Зимбабве[38].

Использование двух изотопов урана даёт возможность определить возраст объекта даже в случае потери им некоторой части свинца. Поскольку 235U распадается быстрее, чем 238U, отношение растёт быстрее, чем . Для образцов, в истории которых не было потери или привноса рассматриваемых изотопов, оба этих соотношения растут с возрастом строго определённым образом. Поэтому на графике, вдоль осей которого отложены эти величины, точки, соответствующие таким образцам, могут лежать только на одной определённой линии. Эта линия известна как конкордия или кривая согласованных значений абсолютного возраста[39], попадающие на неё точки — как конкордантные, а не попадающие — как дискордантные. По мере старения образца точка движется вдоль неё. Таким образом, каждой точке конкордии соответствует определённый возраст образца. Нулевому возрасту соответствует начало координат (0,0).

Если образец теряет свинец, то процент потерь в первом приближении одинаков для всех его изотопов. Поэтому точка, соответствующая образцу, сдвигается с конкордии в направлении точки (0,0). Величина сдвига пропорциональна количеству потерянного свинца. Если взять несколько образцов одного возраста, которые отличаются величиной этих потерь, соответствующие точки будут лежать на прямой, пересекающей конкордию и указывающей примерно на начало координат. Эта прямая известна как дискордия; она является изохроной (то есть все её точки соответствуют одному возрасту). Верхняя точка пересечения конкордии с этой прямой и показывает возраст объекта[29][39].

Вторая (нижняя) точка пересечения в идеальном случае соответствует возрасту события метаморфизма, которое привело к потере свинца. Если оно произошло недавно, эта точка находится в начале координат; по мере старения образца она движется в сторону большего возраста[1]. Но если потеря свинца была не одномоментной, а растянутой на время, сравнимое с возрастом образца, дискордия перестаёт быть прямой линией. Тогда положение нижней точки пересечения аппроксимирующей её прямой с конкордией ни о чём не говорит. Постепенная утечка свинца — нередкое явление, поскольку она сильно облегчена в местах радиационного повреждения кристаллов. Поэтому интерпретация положения этой точки неоднозначна[1]; существует мнение, что её нужно рассматривать как показатель возраста возможного события метаморфизма только тогда, когда есть какие-либо геологические признаки такого события[5].

Положение верхней точки пересечения не зависит от того, одномоментной или постепенной была потеря свинца; эта точка показывает возраст объекта в обоих случаях[5].

Приобретение образцом урана сдвигает точки на диаграмме аналогично потере свинца, а потеря урана, как и приобретение свинца, — в противоположную сторону («обратная дискордантность», англ. reverse discordance). В случае потери урана положение точек пересечения конкордии и дискордии можно интерпретировать аналогично вышеописанному. Однако циркон склонен именно к потере свинца (атомы которого хуже встраиваются в его кристаллическую решётку, причём расположены в местах её радиационного повреждения)[6], и из упомянутых ситуаций она встречается чаще всего. Обратная дискордантность, иногда наблюдающаяся в некоторых участках кристаллов циркона, может объясняться миграцией свинца в пределах кристалла[5]; в некоторых минералах она встречается чаще и может иметь и другие причины[21]. Приобретение свинца делает образцы непригодными для определения возраста, так как изотопный состав этого свинца может быть разным. Впрочем, встречается оно редко[6].

Проблема точности постоянных распада

В уран-свинцовом датировании приняты значения постоянных распада изотопов урана, опубликованные[7] ещё в 1971 году и в 1977 году рекомендованные[9] Подкомиссией по геохронологии Международного союза геологических наук. Их погрешность (2σ) равна 0,11 % для урана-238 и 0,14 % для урана-235[5][6]. Она меньше, чем у всех остальных изотопов, используемых для датировок[40][1], но с развитием метода стала главной помехой для роста точности результатов (погрешность от остальных источников ошибок нередко оказывается меньшей 0,1 %)[5][41][2].

Сравнение данных, полученных по разным изотопам урана, показало, что в принятых значениях этих постоянных есть некоторая несогласованность, которую можно объяснить заниженным на 0,09 % (хотя и не выходящим за пределы указанной погрешности) значением постоянной распада урана-235. Коррекция этого значения может несколько повысить точность датировки, но дальнейшее уточнение требует новых измерений упомянутых постоянных[41][42][40][6], и эти измерения являются насущной задачей[43]. Кроме того, современные исследования показывают, что среднее для земных пород соотношение концентраций изотопов урана , важное для свинец-свинцовых датировок, немного меньше принятого[9] значения 137,88 и составляет около 137,82, причём в разных образцах оно отличается на сотые и даже десятые доли процента[6][4][1].

Примечания

Комментарии
  1. В геохронологии принято значение 14,01 ± 0,07 млрд лет, а в ядерной физике — 14,05 ± 0,06 млрд лет.
  2. Оценка Резерфорда основывалась на данных Рамзая и Траверса по содержанию урана и гелия в фергусоните. Она составляла 40 млн лет; в следующем году Резерфорд пересмотрел её с учётом уточнённой скорости образования гелия и получил 500 млн лет.
  3. Благодаря очень высокому содержанию урана, тория и, следовательно, радиогенного свинца, а также (при невысоких температурах) меньшей, чем у циркона, склонности к потере свинца.
Источники
  1. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Schoene B. 4.10. U–Th–Pb Geochronology // Treatise on Geochemistry / H. Holland, K. Turekian. — 2nd ed. — Elsevier, 2014. — Vol. 4: The Crust. — P. 341–378. — ISBN 978-0-08-098300-4. — doi:10.1016/B978-0-08-095975-7.00310-7.
  2. 1 2 3 4 5 6 Davis D. W. Uranium–Lead, Igneous Rocks // Encyclopedia of Scientific Dating Methods / W. J. Rink, J. W. Thompson. — Springer Netherlands, 2015. — P. 894–898. — 978 p. — ISBN 978-94-007-6304-3. — doi:10.1007/978-94-007-6304-3_202.
  3. 1 2 Condon D. J., Schoene B., McLean N. M., Bowring S. A., Parrish R. R. (2015). "Metrology and traceability of U–Pb isotope dilution geochronology (EARTHTIME Tracer Calibration Part I)". Geochimica et Cosmochimica Acta. 164: 464—480. Bibcode:2015GeCoA.164..464C. doi:10.1016/j.gca.2015.05.026.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  4. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Parrish R. Uranium–Lead Dating // Encyclopedia of Scientific Dating Methods / W. J. Rink, J. W. Thompson. — Springer Netherlands, 2015. — P. 848–857. — 978 p. — ISBN 978-94-007-6304-3. — doi:10.1007/978-94-007-6304-3_193.
  5. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Dickin A. P. Radiogenic Isotope Geology. — 2nd ed. — Cambridge University Press, 2005. — P. 29–31, 101–135, 275, 324–382. — 512 p. — ISBN 0-521-82316-1.
  6. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 White W. M. 3. Decay systems and geochronology II: U and Th // Isotope Geochemistry. — John Wiley & Sons, 2015. — P. 72–100. — 496 p. — ISBN 978-0-470-65670-9. (pdf).
  7. 1 2 3 4 Jaffey A. H., Flynn K. F., Glendenin L. E., Bentley W. C., Essling A. M. (1971). "Precision measurement of half-lives and specific activities of 235U and 238U". Physical Review C. 4 (5): 1889—1906. Bibcode:1971PhRvC...4.1889J. doi:10.1103/PhysRevC.4.1889.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  8. Согласно постоянным распада из Davis W. J., Villeneuve M. E. (2001). "Evaluation of the 232Th Decay Constant by Empirical Cross-Calibration of 208Pb/232Th and 207Pb/235U Systematics in Monazites" (PDF). Eleventh Annual V. M. Goldschmidt Conference, May 20-24, 2001, Hot Springs, Virginia, abstract no.3838. Bibcode:2001eag..conf.3838D.
  9. 1 2 3 Steiger R. H., Jäger E. (1977). "Subcommission on geochronology: Convention on the use of decay constants in geo- and cosmochronology". Earth and Planetary Science Letters. 36 (3): 359—362. Bibcode:1977E&PSL..36..359S. doi:10.1016/0012-821X(77)90060-7.
  10. Gleadow A. J. W., Seiler C. Fission Track Dating and Thermochronology // Encyclopedia of Scientific Dating Methods / W. J. Rink, J. W. Thompson. — Springer Netherlands, 2015. — P. 285–296. — 978 p. — ISBN 978-94-007-6304-3. — doi:10.1007/978-94-007-6304-3_5.
  11. Zeitler P. K. U–Th/He Dating // Encyclopedia of Scientific Dating Methods / W. J. Rink, J. W. Thompson. — Springer Netherlands, 2015. — P. 932–940. — 978 p. — ISBN 978-94-007-6304-3. — doi:10.1007/978-94-007-6304-3_131.
  12. Bourdon B. U-Series Dating // Encyclopedia of Scientific Dating Methods / W. J. Rink, J. W. Thompson. — Springer Netherlands, 2015. — P. 918–932. — 978 p. — ISBN 978-94-007-6304-3. — doi:10.1007/978-94-007-6304-3_238.
  13. Azokh Cave and the Transcaucasian Corridor / Y. Fernandez-Jalvo, T. King, L. Yepiskoposyan, P. Andrews. — Springer, 2016. — P. 325. — 772 p. — ISBN 9783319249247.
  14. Lewis C. L. E. Arthur Holmes' unifying theory: from radioactivity to continental drift // The Earth Inside and Out: Some Major Contributions to Geology in the Twentieth Century / D. R. Oldroyd. — Geological Society of London, 2002. — P. 168. — 369 p. — (Geological Society special publication 192). — ISBN 9781862390966.
  15. Mattinson J. M. The geochronology revolution // The Web of Geological Sciences: Advances, Impacts, and Interactions / M. E. Bickford. — Geological Society of America, 2013. — P. 304. — 611 p. — (Geological Society of America special paper 500). — ISBN 9780813725000.
  16. Rutherford E. Present Problems of Radioactivity // International Congress of Arts and Science. Vol. IV / H. J. Rogers. — University Alliance, 1906. — P. 185–186. — doi:10.5962/bhl.title.43866.
  17. 1 2 Dalrymple G. B. Early Appeals to Radioactivity // The Age of the Earth. — Stanford University Press, 1994. — P. 69–74. — 474 p. — ISBN 9780804723312.
  18. Boltwood B. (1907). "On the Ultimate Disintegration Products of the Radio-active Elements. Part II. The Disintegration Products of Uranium". American Journal of Science. 23, ser.4: 77—88. doi:10.2475/ajs.s4-23.134.78.
  19. 1 2 White W. M. 2.1. Basics of Radioactive Isotope Geochemistry // Isotope Geochemistry. — John Wiley & Sons, 2015. — P. 32–33. — 496 p. — ISBN 978-0-470-65670-9. (pdf).
  20. 1 2 Xia X. P., Sun M., Zhao G. C., Li H. M., Zhou M. F. (2004). "Spot zircon U-Pb isotope analysis by ICP-MS coupled with a frequency quintupled (213 nm) Nd-YAG laser system" (PDF). Geochemical Journal. 38 (2): 191—200. doi:10.2343/geochemj.38.191.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  21. 1 2 3 4 5 6 7 8 Corfu F. (2013). "A century of U-Pb geochronology: The long quest towards concordance". Geological Society of America Bulletin. 125 (1—2): 33—47. Bibcode:2013GSAB..125...33C. doi:10.1130/B30698.1.
  22. 1 2 Krogh T. E. (1973). "A low-contamination method for hydrothermal decomposition of zircon and extraction of U and Pb for isotopic age determinations". Geochimica et Cosmochimica Acta. 37 (3): 485—494. Bibcode:1973GeCoA..37..485K. doi:10.1016/0016-7037(73)90213-5.
  23. 1 2 Mattinson J. M. (2013). "Revolution and evolution: 100 years of U-Pb geochronology" (PDF). Elements. 8: 53—57. doi:10.2113/gselements.9.1.53.
  24. 1 2 3 Mattinson J. M. (2005). "Zircon U–Pb chemical abrasion ("CA-TIMS") method: Combined annealing and multi-step partial dissolution analysis for improved precision and accuracy of zircon ages" (PDF). Chemical Geology. 220 (1–2): 47—66. doi:10.1016/j.chemgeo.2005.03.011.
  25. 1 2 Krogh T. E. (1982). "Improved accuracy of U-Pb zircon ages by the creation of more concordant systems using an air abrasion technique". Geochimica et Cosmochimica Acta. 46 (4): 637—649. Bibcode:1982GeCoA..46..637K. doi:10.1016/0016-7037(82)90165-X.
  26. Pickering, R., Kramers, J.D., Partridge, T., Kodolanyi, J., Pettke, T. (2010). "U–Pb dating of calcite–aragonite layers in speleothems from hominin sites in South Africa by MC-ICP-MS". Quaternary Geochronology. 5 (5): 544—558. doi:10.1016/j.quageo.2009.12.004.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  27. Neymark L. Uranium–Lead Dating, Opal // Encyclopedia of Scientific Dating Methods / W. J. Rink, J. W. Thompson. — Springer Netherlands, 2015. — P. 858–863. — 978 p. — ISBN 978-94-007-6304-3. — doi:10.1007/978-94-007-6304-3_263.
  28. 1 2 3 4 Scoates J. S., Wall C. J. Geochronology of Layered Intrusions // Layered Intrusions / B. Charlier, O. Namur, R. Latypov, Ch. Tegner. — Springer, 2015. — P. 23–28. — 748 p. — ISBN 9789401796521.
  29. 1 2 Геохронология — статья из Большой советской энциклопедии. Б. М. Келлер, А. И. Тугаринов, Г. В. Войткевич. 
  30. 1 2 3 Sano Y., Terada K.; et al. (2006). "Ion microprobe U-Pb dating of a dinosaur tooth" (PDF). Geochemical Journal. 40: 171—179. doi:10.2343/geochemj.40.171. {{cite journal}}: Явное указание et al. в: |author= (справка)
  31. Thomson S. N., Gehrels G. E., Ruiz J., Buchwaldt R. (2012). "Routine low-damage apatite U-Pb dating using laser ablation–multicollector–ICPMS". Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 13 (2). Bibcode:2012GGG....13.AA21T. doi:10.1029/2011GC003928.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  32. Terada K., Sano Y. (2012). "In-Situ U–Pb Dating of Apatite by Hiroshima-SHRIMP: Contributions to Earth and Planetary Science" (PDF). Mass Spectrometry. 1 (2). doi:10.5702/massspectrometry.A0011.
  33. Mundil, R.; Ludwig, K. R.; Metcalfe, I.; Renne, P. R. (2004). "Age and Timing of the Permian Mass Extinctions: U/Pb Dating of Closed-System Zircons". Science. 305 (5691): 1760—1763. Bibcode:2004Sci...305.1760M. doi:10.1126/science.1101012.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка) (Краткое изложение: Sanders R. Uranium/lead dating provides most accurate date yet for Earth’s largest extinction. UC Berkeley News (2004).)
  34. 1 2 3 4 5 Suzuki K., Kato T. (2008). "CHIME dating of monazite, xenotime, zircon and polycrase: Protocol, pitfalls and chemical criterion of possibly discordant age data". Gondwana Research. 14 (4): 569—586. doi:10.1016/j.gr.2008.01.005.
  35. 1 2 3 4 Kusiak M. A., Lekki J. (2008). "Proton microprobe for chemical dating of monazite". Gondwana Research. 14 (4): 617—623. doi:10.1016/j.gr.2008.01.011.
  36. White W. M. Appendix 4.3. Isotope dilution analysis // Isotope Geochemistry. — John Wiley & Sons, 2015. — P. 461–462. — 496 p. — ISBN 978-0-470-65670-9. (pdf).
  37. 1 2 3 Suzuki K., Dunkley D. J. Uranium-Lead, Chemical Isochron U-Pb Method (CHIME) // Encyclopedia of Scientific Dating Methods / W. J. Rink, J. W. Thompson. — Springer Netherlands, 2015. — P. 863–869. — 978 p. — ISBN 978-94-007-6304-3. — doi:10.1007/978-94-007-6304-3_200.
  38. Vinyu, M. L. (2001). "U-Pb zircon ages from a craton-margin archaean orogenic belt in northern Zimbabwe". Journal of African Earth Sciences. 32 (1): 103—114. Bibcode:2001JAfES..32..103V. doi:10.1016/S0899-5362(01)90021-1. {{cite journal}}: Неизвестный параметр |coauthors= игнорируется (|author= предлагается) (справка)
  39. 1 2 Кривая согласованных значений абсолютного возраста (конкордия) // Геологический словарь: в 2-х томах. — М.: Недра. Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др. — 1978
  40. 1 2 Begemann F., Ludwig K. R., Lugmair G. W., Min K., Nyquist L. E., Patchett P. J., Renne P. R., Shih C.-Y., Villa I. M., Walker R. J. (2001). "Call for an improved set of decay constants for geochronological use" (PDF). Geochimica et Cosmochimica Acta. 65 (1): 111—121. Bibcode:2001GeCoA..65..111B. doi:10.1016/S0016-7037(00)00512-3.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  41. 1 2 Mattinson J. M. (2010). "Analysis of the relative decay constants of 235U and 238U by multi-step CA-TIMS measurements of closed-system natural zircon samples". Chemical Geology. 275 (3–4): 186—198. doi:10.1016/j.chemgeo.2010.05.007.
  42. Schoene B., Crowley J. L., Condon D. J., Schmitz M. D., Bowring S. A. (2006). "Reassessing the uranium decay constants for geochronology using ID-TIMS U–Pb data". Geochimica et Cosmochimica Acta. 70 (2): 426—445. Bibcode:2006GeCoA..70..426S. doi:10.1016/j.gca.2005.09.007.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  43. Harrison T. M., Baldwin S. L., Caffee M. et al. It’s About Time: Opportunities and Challenges for U.S. Geochronology. — Los Angeles: University of California, 2015. — P. 24–26. — 56 p. — (Institute of Geophysics and Planetary Physics Publication 6539).

Литература

Шаблон:Хронология