Уран-ториевое датирование

Ура́н-то́риевое дати́рование — один из методов радиоизотопного датирования, использующий радиоактивный ряд распада изотопа урана-238. В отличие от других методов, например, уран-свинцового метода, возраст определяется не по накоплению стабильного изотопа, а по отклонению соотношения концентраций двух радиоактивных изотопов, родительского и дочернего, от векового равновесия. Метод применяется для определения возраста осадочных отложений, в основном содержащих карбонат кальция, таких как натёчные образования или кораллы, в диапазоне 50-500 тысяч лет.

Ряд радия

Графики для определения возраста, Q'/P' = 234U/238U, R'/Q' = 230Th/234U

Принцип

Уран-238 — изотоп, составляющий более 99% распространённости урана в природе, однако также нестабильный, с периодом полураспада около 4.5 млрд. лет. Распад урана-238 идёт по длинной цепочке, так называемому ряду радия, который заканчивается стабильным изотопом свинца. Если уран-238 долгое время находится в покое, то постепенно порода насыщается продуктами распада, причём активность (число распадов в единицу времени) всех дочерних радиоактивных изотопов становится равна активности материнского изотопа, поскольку его период полураспада самый большой. Это называется вековым равновесием.

Уран на поверхности земли, под действием атмосферных осадков, окисляется к шестивалентному состоянию, и становится растворимым в воде. Для примера, содержание урана в морской воде составляет около 3 μг/литр. В то же время, торий практически нерастворим в воде. Таким образом, вновь образуемые породы, осаждаемые из воды, кристаллизованные из неё, в том числе в составе биоорганизмов, вначале содержат уран, но не содержат торий. Измеряя отношение активности двух изотопов в цепочке ²³⁴U (T_1/2 = 245 тыс.лет) и ²³⁰Th (T_1/2 = 75 тыс.лет), можно определить возраст формирования образца.

Методы датирования на основе урановых рядов

Измеряемые изотопы	Метод анализа	Диапазон времени (тыс. лет)	Материал
^230Th/^234U	Альфа-спектрометрия^[англ.], масс-спектрометрия	1–350	Карбонаты, фосфаты, органика
^231Pa/^235U	Альфа-спектрометрия	1–300	Карбонаты, фосфаты
^234U/^238U	Альфа-спектрометрия, масс-спектрометрия	100–1,000	Карбонаты, фосфаты
U-trend	Альфа-спектрометрия	10–1,000(?)	Detrital sediment
^226Ra	Альфа-спектрометрия	0.5–10	Карбонаты
^230Th/^232Th	Альфа-спектрометрия	5–300	Морские осадки
^231Pa/^230Th	Альфа-спектрометрия	5–300	Морские осадки
^4He/U	масс-спектрометрия	20–400(?)	Кораллы

История

В 1908 году Джон Джоли заметил повышенное содержание радия в глубоких морских осадках, по сравнению с шельфовыми. В 1942 году Пигго и Урри определили, что повышенное содержание радия в осадках коррелирует с содержанием тория. В 1962 году Розхольт и Антал впервые применили радиоактивные ряды деления урана к датированию карбонатов на суше (натёчные образования и травертины), в том числе уран-ториевый метод. Однако, настоящую популярность метод приобрёл после перевода книги Виктора Чердынцева "Уран-234" на английский язык в 1971 году. Дальнейшее развитие уран-ториевого датирования связано с применением прецизионной масс-спектрометрии. Например, в 1987 метод использовался для датировки возраста кораллов возрастом до 500 тыс. лет, что, в свою очередь, помогает уточнять хронологию климатических изменений.

Примечания

1. Henry P. Schwarcz. Uranium series dating of Quaternary deposits // Quaternary International. — Elsevier, 1989. — Т. 1. — С. 7-17. — doi:10.1016/1040-6182(89)90005-0.
2. Joel Guidez and Sophie Gabriel. Extraction of uranium from seawater: a few facts // EPJ Nuclear Sci. Technol.. — 2016. — Т. 2, № 10. — doi:10.1051/epjn/e2016-50059-2.
3. J. Joly. On the radium content of deep-sea sediments // Philosophical Magazine. — 1908. — Т. 6, вып. 16. — С. 190-197.
4. C.S. Piggot and W.D. Urry. Time relations in ocean sediments // Geological Society of America Bulletin. — 1942. — Т. 53, № 8. — С. 1187-1210. — doi:10.1130/gsab-53-1187.
5. L.N. Rosholt and P.S. Antal. Evaluation of the Pa²³¹/U - Th²³⁰/U method for dating Pleistocene carbonate rocks // United States Geological Survey Professional Paper. — 1962. — Т. 450. — С. E108-E111.
6. В. Чердынцев. Уран-234 (рус.). — Москва: Атомиздат, 1969. — 308 с. — 1500 экз.
7. V.V. Cherdyntsev. Uranium-234 (англ.). — Israel Program for Scientific Translations, 1971. — P. 234. — ISBN 978-0706511048.
8. R. Lawrence Edwards, J. H. Chen, T.-L. Ku, and G. J. Wasserburg. Precise Timing of the Last Interglacial Period from Mass Spectrometric Determination of Thorium-230 in Corals // Science. — 1987. — Т. 236, вып. 4808. — С. 1547-1553. — doi:10.1126/science.236.4808.1547.

См. также

• Радиоизотопное датирование
• Радиоуглеродное датирование