26-8 Datovacia metóda U-Pb

26-8 Datovacia metóda U-Pb

Rozpad rádioaktívnych prvkov a ich necitlivosť na fyzikálne a chemické vplyvy prostredia nám dáva užitočnú metódu na určenie veku geologických útvarov. Predstavme si, že z poličky geologického múzea zodvihneme kus horniny, na ktorú je napísané, že pochádza z obdobia neskorej jury, keď prevládajúcim živočíšnym druhom na Zemi boli dinosaury. Geológovia vedia odhadnúť – z hrúbky usadenín a z pomeru určitých geologických útvarov – ako dlho trvalo toto obdobie, aj keď takto obdržané údaje sú nepresné. O mnoho presnejšia a spoľahlivejšia je metóda založená na rádioaktivite vulkanických hornín, ktorú v roku 1913 navrhli John Joly a Rutherford, a ktorú neskôr všeobecne prijali (dnes je jednou z najrozpracovanejších datovacích metód v geológii). Pred chvíľkou sme videli, že 238U je „hlavou rodiny“, zdrojom všetkých členov uránového rozpadového radu, ktorý skončí stabilným olovom 206Pb.

Sopečná hornina z obdobia jury, ktorá teraz leží na poličke v geologickom múzeu, sa sformovala pri nejakej sopečnej aktivite, kde horúca magma Zeme našla prasklinu v zemskej kôre a vytiekla zo sopky, kde stuhla do horniny, a v  podstate sa tie za milióny rokov už nezmenila. Pokiaľ sa v hornine nachádzalo malé množstvo uránu – čo sa stáva často – tento urán sa neustále rozpadal, a na konci rozpadového radu vznikajúce olovo zostalo v hornine tiež na tom mieste, kde bol pôvodne urán. Čím dlhšia doba uplynula od okamihu stuhnutia horniny, o  to je väčšie zastúpenie olova v tejto hornine v pomere k uránu. Ak zmeriame v  horninách pomer 238U a 216Pb, dostaneme veľmi presnú informáciu o čase vzniku hornín a čase vzniku geologických vrstiev, odkiaľ sme zobrali naše vzorky.

Podobné vyšetrenie starých hornín môžeme urobiť aj pomocou rubídia, zmeraním množstva zachovalého rubídia a množstva z neho vznikajúceho stroncia. Táto metóda má tú výhodu, že oproti metóde U-Pb sa tu jedná len o jedinú premenu, nie tak, ako v uránovom rozpadovom rade, kde rozpad uránu nasleduje celý rad ďalších rozpadov. Jedným z členov uránového rozpadového radu je naviac radón, ktorý je inertný plyn, a dokáže difundovať zo svojho miesta vzniku, čo môže spôsobiť, že pre vek horniny dostaneme nižšiu hodnotu, než je v skutočnosti.

Metóda U-Pb sa však dá aplikovať na zirkón, kremičitan zirkoničitý (ZrSiO4). Tento kryštál pri kryštalizácii sa môže znečistiť uránom alebo tóriom, ale nie olovom. Novo vzniknutý kryštál zirkónia neobsahuje žiadne olovo! Kryštál uzavrie urán, ktorý sa rozpadá a pôvodné množstvo uránu zistíme z  toho, že koľko je v kryštáli uránu a olova dnes. Pomocou zirkóniového kryštálu sa stanovil aj vek najstaršej horniny na Zemi (Jack Hills, Austrália) na 4,4 miliardy rokov. Zirkóniový kryštál hľadali aj astronauti na Mesiaci (Apollo 17 – posledná misia), aby stanovili vek kôry Mesiaca, čo pomohlo poodhaliť aj pôvod Mesiaca.