La datación con uranio-torio , también llamada datación con torio-230 , datación por desequilibrio en series de uranio o datación en series de uranio , es una técnica de datación radiométrica establecida en la década de 1960 que se ha utilizado desde la década de 1970 para determinar la edad de materiales de carbonato de calcio como los espeleotemas. o coralinos . [1] [2] A diferencia de otras técnicas de datación radiométrica comúnmente utilizadas , como la datación con rubidio-estroncio o uranio-plomo , la técnica de uranio-torio no mide la acumulación de un producto de desintegración estable del extremo . En cambio, calcula una edad a partir del grado en que se ha restablecido el equilibrio secular entre el isótopo radiactivo torio-230 y su padre radiactivo uranio-234 dentro de una muestra.
El torio no es soluble en agua natural en las condiciones que se encuentran en la superficie de la tierra o cerca de ella, por lo que los materiales cultivados en o a partir de esta agua generalmente no contienen torio. [ cita necesaria ] Por el contrario, el uranio es soluble hasta cierto punto en toda el agua natural, por lo que cualquier material que precipite o crezca a partir de dicha agua también contiene trazas de uranio, generalmente en niveles de entre unas pocas partes por mil millones y unas pocas partes por millón por peso. A medida que pasa el tiempo después de que se haya formado dicho material, el uranio-234 de la muestra, con una vida media de 245.000 años, se desintegra en torio-230. [3] El torio-230 es radiactivo en sí mismo y tiene una vida media de 75.000 años, [3] por lo que, en lugar de acumularse indefinidamente (como, por ejemplo, es el caso del sistema uranio-plomo ), el torio-230 se acerca al equilibrio secular con su padre radiactivo uranio-234. En el equilibrio secular, el número de desintegraciones de torio-230 por año dentro de una muestra es igual al número de torio-230 producido, que también es igual al número de desintegraciones de uranio-234 por año en la misma muestra.
En 1908, John Joly , profesor de geología en el Trinity College de Dublín , encontró mayores contenidos de radio en los sedimentos profundos que en los de la plataforma continental, y sospechó que los sedimentos detríticos extraían radio del agua de mar. Piggot y Urry descubrieron en 1942 que el exceso de radio se correspondía con un exceso de torio. Pasaron otros 20 años hasta que la técnica se aplicó a los carbonatos terrestres ( espeleotemas y travertinos ). A finales de la década de 1980, el método fue perfeccionado mediante espectrometría de masas, con importantes contribuciones de Larry Edwards. [4] [5] Después de que el libro histórico de Viktor Viktorovich Cherdyntsev sobre el uranio-234 fuera traducido al inglés, la datación U-Th atrajo una atención generalizada en la investigación en geología occidental. [6] : 7
La datación en serie U es una familia de métodos que se pueden aplicar a diferentes materiales en diferentes rangos de tiempo. Cada método lleva el nombre de los isótopos medidos para obtener la fecha, principalmente un hijo y su padre. En la siguiente tabla se enumeran ocho métodos.
El método 234 U/ 238 U se basa en el hecho de que 234 U se disuelve preferentemente sobre 238 U porque cuando un átomo de 238 U se desintegra emitiendo un rayo alfa, el átomo hijo se desplaza de su posición normal en el cristal por retroceso atómico . [7] Esto produce un átomo de 234 Th que rápidamente se convierte en un átomo de 234 U. Una vez depositado el uranio, la proporción de 234 U a 238 U vuelve a bajar a su equilibrio secular (en el que las radiactividades de los dos son iguales), y la distancia desde el equilibrio disminuye en un factor de 2 cada 245.000 años.
Un balance de materia da, para alguna constante desconocida A , estas expresiones para las raciones de actividad (suponiendo que el 230 Th comienza en cero):
Podemos resolver la primera ecuación para A en términos de la edad desconocida, t :
Poner esto en la segunda ecuación nos da una ecuación que debemos resolver para t :
Lamentablemente, no existe una expresión cerrada para la edad t , pero se encuentra fácilmente utilizando algoritmos de resolución de ecuaciones .
La datación con uranio-torio tiene un límite de edad superior de algo más de 500.000 años, definido por la vida media del torio-230, la precisión con la que se puede medir la relación torio-230/uranio-234 en una muestra y la exactitud para cuál conoce las vidas medias del torio-230 y del uranio-234. Al utilizar esta técnica para calcular la edad, también se debe medir la proporción entre el uranio-234 y su isótopo original, el uranio-238. [ cita necesaria ]
La datación U-Th produce los resultados más precisos si se aplica al carbonato de calcio precipitado, es decir, en estalagmitas , travertinos y calizas lacustres. El hueso y el caparazón son menos fiables. La espectrometría de masas puede alcanzar una precisión de ±1%. La precisión del conteo alfa convencional es de ±5%. La espectrometría de masas también utiliza muestras más pequeñas. [8]
