La datación con uranio-plomo , abreviada datación U-Pb , es uno de los esquemas de datación radiométrica más antiguos [1] y más refinados . Puede utilizarse para datar rocas que se formaron y cristalizaron hace aproximadamente 1 millón de años hasta hace más de 4.500 millones de años con precisiones de rutina en el rango del 0,1 al 1 por ciento. [2] [3]
El método se aplica habitualmente al circón . Este mineral incorpora en su estructura cristalina átomos de uranio y torio , pero rechaza fuertemente el plomo al formarse. Como resultado, los cristales de circón recién formados no contendrán plomo, lo que significa que cualquier plomo que se encuentre en el mineral es radiogénico . Dado que se conoce la velocidad exacta a la que el uranio se desintegra en plomo, la relación actual entre plomo y uranio en una muestra del mineral se puede utilizar para determinar de manera confiable su edad.
El método se basa en dos cadenas de desintegración separadas , la serie del uranio de 238 U a 206 Pb, con una vida media de 4.470 millones de años, y la serie del actinio de 235 U a 207 Pb, con una vida media de 710 millones de años.
El uranio se desintegra en plomo a través de una serie de desintegraciones alfa y beta , en las que 238 U y sus nucleidos hijos sufren un total de ocho desintegraciones alfa y seis beta, mientras que 235 U y sus hijos sólo experimentan siete desintegraciones alfa y cuatro beta. [4]
La existencia de dos rutas de desintegración de uranio-plomo "paralelas" ( 238 U a 206 Pb y 235 U a 207 Pb) conduce a múltiples técnicas de datación viables dentro del sistema general U-Pb. El término datación U-Pb normalmente implica el uso combinado de ambos esquemas de desintegración en el "diagrama de concordia" (ver más abajo).
Sin embargo, el uso de un esquema de desintegración único (generalmente 238 U a 206 Pb) conduce al método de datación isócrona U-Pb, análogo al método de datación rubidio-estroncio .
Finalmente, las edades también pueden determinarse a partir del sistema U-Pb mediante el análisis únicamente de las proporciones de isótopos de Pb. Esto se denomina método de datación plomo-plomo . Clair Cameron Patterson , un geoquímico estadounidense que fue pionero en los estudios de métodos de datación radiométrica con uranio-plomo, lo utilizó para obtener una de las primeras estimaciones de la edad de la Tierra .
Aunque el circón (ZrSiO 4 ) es el más utilizado, también se pueden utilizar otros minerales como la monacita (ver: geocronología de monacita ), titanita y baddeleyita .
Cuando no se pueden obtener cristales como el circón con inclusiones de uranio y torio, también se han aplicado técnicas de datación con uranio-plomo a otros minerales como la calcita / aragonita y otros minerales de carbonato . Estos tipos de minerales a menudo producen edades de menor precisión que los minerales ígneos y metamórficos utilizados tradicionalmente para la datación de edades, pero están más comúnmente disponibles en el registro geológico.
Durante los pasos de desintegración alfa , el cristal de circón experimenta daños por radiación asociados con cada desintegración alfa. Este daño se concentra más alrededor del isótopo original (U y Th), expulsando al isótopo hijo (Pb) de su posición original en la red de circón.
En áreas con una alta concentración del isótopo original, el daño a la red cristalina es bastante extenso y, a menudo, se interconectará para formar una red de áreas dañadas por la radiación. [4] Las huellas de fisión y las microfisuras dentro del cristal extenderán aún más esta red de daños por radiación.
Estas pistas de fisión actúan como conductos en lo profundo del cristal, proporcionando un método de transporte para facilitar la lixiviación de isótopos de plomo del cristal de circón. [5]
En condiciones en las que no se ha producido pérdida o ganancia de plomo del entorno exterior, la edad del circón se puede calcular suponiendo la desintegración exponencial del uranio. Eso es
dónde
Esto da
que se puede escribir como
Las cadenas de desintegración de uranio y plomo más utilizadas dan las siguientes ecuaciones:
(La notación , a veces utilizada en este contexto, se refiere al plomo radiogénico . Para el circón, se puede suponer que el contenido de plomo original es cero y la notación se puede ignorar). Se dice que estas producen edades concordantes ( t de cada ecuación 1 y 2). Son estas edades concordantes, trazadas en una serie de intervalos de tiempo, las que dan como resultado la línea concordante. [6]
La pérdida (fuga) de plomo de la muestra dará lugar a una discrepancia en las edades determinadas por cada esquema de descomposición. Este efecto se conoce como discordancia y se demuestra en la Figura 1. Si una serie de muestras de circón ha perdido diferentes cantidades de plomo, las muestras generan una línea discordante. La intersección superior de la concordia y la línea discordia reflejarán la edad original de formación, mientras que la intersección inferior reflejará la edad del evento que condujo al comportamiento del sistema abierto y, por lo tanto, a la pérdida de plomo; aunque ha habido cierto desacuerdo con respecto al significado de las edades de intercepción más bajas. [6]
El circón intacto retiene el plomo generado por la desintegración radiactiva del uranio y el torio hasta temperaturas muy altas (alrededor de 900 °C), aunque el daño por radiación acumulado dentro de zonas con niveles muy altos de uranio puede reducir esta temperatura sustancialmente. El circonio es muy inerte químicamente y resistente a la erosión mecánica, una bendición a medias para los geocronólogos, ya que zonas o incluso cristales completos pueden sobrevivir al derretimiento de su roca madre con su edad original de uranio y plomo intacta. Por lo tanto, los cristales de circón con historias prolongadas y complicadas pueden contener zonas de edades dramáticamente diferentes (generalmente con la zona más antigua formando el núcleo y la zona más joven formando el borde del cristal), por lo que se dice que demuestran "características heredadas". Desentrañar tales complejidades (que también pueden existir en otros minerales, dependiendo de su temperatura máxima de retención de plomo) generalmente requiere un análisis de microhaz in situ utilizando, por ejemplo, una microsonda de iones ( SIMS ) o un láser ICP-MS .
