Uránovo-tóriové datovanie (iné názvy: tóriové datovanie alebo datovanie pomocou nerovnováhy v uránovom rade) je rádiometrická metóda určovania veku vyvinutá v 60. rokoch 20. storočia a od 70. rokov využívaná na zisťovanie veku materiálov z uhličitanu vápenatého, ako sú jaskynné usadeniny (speleotémy) alebo koraly. Na rozdiel od iných bežne používaných rádiometrických metód (napr. rubídiovo-stronciové datovanie alebo uránovo-olovené datovanie) uránovo-tóriová metóda nemeria hromadenie stabilného koncového izotopu rozpadu. Namiesto toho vypočítava vek z miery, do akej sa vo vzorke obnovila sekulárna rovnováha medzi rádiatívnym izotopom tória-230 (230Th) a jeho rádioaktívnym materským prvkom uránom-234 (234U).

Princíp metódy náhľad|vpravo|500px|Tento graf umožňuje určiť vek z dvoch pomerov aktivity za predpokladu, že tórium na začiatku chýba. Horizontálna os predstavuje pomer zatiaľ čo vertikálna os predstavuje Každá krivka je lineárna frakčná hyperbola. Pre vyjadrenie veku ako funkcie týchto pomerov neexistuje uzavretý analytický tvar. náhľad|vpravo|Rozpadový rad uránu-238 (uránový rad). Pre uránovo-tóriové datovanie je kľúčový počiatočný úsek reťazca: premena uránu-234 na tórium-230.

Tórium nie je rozpustné v prírodnej vode za podmienok, ktoré panujú na povrchu Zeme alebo v jeho blízkosti, takže materiály vznikajúce v takejto vode zvyčajne tórium neobsahujú. Naopak, urán je do určitej miery rozpustný vo všetkých prírodných vodách, preto akýkoľvek materiál, ktorý sa z takejto vody vyzráža alebo v nej rastie, obsahuje stopové množstvá uránu (typicky na úrovni od niekoľkých ppb po niekoľko ppm).

Postupom času sa urán-234 vo vzorke s polčasom rozpadu 245 000 rokov rozpadá na tórium-230. Samotné tórium-230 je rádioaktívne s polčasom rozpadu 75 000 rokov, takže namiesto toho, aby sa vo vzorke hromadilo neobmedzene (ako je to napríklad v uránovo-olovenom systéme), tórium-230 sa približuje k sekulárnej rovnováhe so svojím rádioaktívnym materským uránom-234. V tomto stave sa počet rozpadov tória-230 za rok rovná počtu novovzniknutých atómov tória-230, čo sa zároveň rovná počtu rozpadov uránu-234 za rok v tej istej vzorke. Tento limit predstavuje bod (1,1) vo vyššie uvedenom grafe.

História V roku 1908 John Joly, profesor geológie na Trinity College Dublin, zistil vyšší obsah rádia v hlbokomorských sedimentoch než v sedimentoch kontinentálneho šelfu a predpokladal, že detritické sedimenty vychytávajú rádium z morskej vody. V roku 1942 Piggot a Urry zistili, že prebytok rádioaktívneho rádia zodpovedá prebytku tória (230Th, priameho materského prvku rádia).

Trvalo ďalších 20 rokov, kým sa táto technika začala aplikovať na suchozemské uhličitany (speleotémy a travertíny). Koncom 80. rokov 20. storočia bola metóda zdokonalená pomocou hmotnostnej spektrometrie, k čomu významne prispel Larry Edwards. Keď bola prelomová kniha Viktora Viktoroviča Čerdynceva o uráne-234 preložená do angličtiny, uránovo-tóriové datovanie si získalo širokú pozornosť v západnej geovednej komunite.

Metódy Datovanie pomocou uránových radov zahŕňa rodinu metód, ktoré sa dajú použiť na rôzne materiály a v rôznych časových rozsahoch. Každá metóda je pomenovaná podľa izotopov, ktoré sa merajú na určenie veku (zväčša dcérsky a materský izotop). Osem týchto metód je uvedených v tabuľke nižšie:

+ Metódy datovania pomocou uránových radov Meraný pomer izotopov Analytická metóda Časový rozsah (tisíce rokov - ka) Vhodné materiály 230Th/234U Alfa spektrometria; hmotnostná spektrometria 1 – 350 Uhličitany, fosfáty, organická hmota 231Pa/235U Alfa spektrometria 1 – 300 Uhličitany, fosfáty 234U/238U Alfa spektrometria; hmotnostná spektrometria 100 – 1 000 Uhličitany, fosfáty U-trend Alfa spektrometria 10 – 1 000 (?) Detritické sedimenty 226Ra Alfa spektrometria 0,5 – 10 Uhličitany 230Th/232Th Alfa spektrometria 5 – 300 Morské sedimenty 231Pa/230Th Alfa spektrometria 5 – 300 Morské sedimenty 4He/U Hmotnostná spektrometria (plynová) 20 – 400 (?) Koraly

Metóda 234U/238U je založená na fakte, že 234U sa rozpúšťa prednostne pred 238U. Keď sa totiž atóm 238U rozpadne a vyžiari alfa časticu, dcérsky atóm je v dôsledku mechanického spätného nárazu (recoilu) vytlačený zo svojej normálnej pozície v kryštálovej mriežke. Tým vzniká atóm 234Th, ktorý sa rýchlo premieňa na atóm 234U. Po usadení (vyzrážaní) uránu klesá pomer 234U k 238U späť smerom k ich sekulárnej rovnováhe (kedy sa aktivita oboch rovná), pričom odchýlka od rovnováhy klesne o polovicu každých 245 000 rokov.

Z materiálovej bilancie vyplývajú pre neznámu konštantu A nasledovné výrazy pre pomery aktivít (za predpokladu, že počiatočné množstvo 230Th bolo nulové):

Z prvej rovnice môžeme vyjadriť A pomocou neznámeho veku t:

Dosadením tohto výrazu do druhej rovnice získame rovnicu, ktorú je potrebné vyriešiť pre t:

Pre vek t nanešťastie neexistuje žiadny uzavretý analytický tvar, ale dá sa jednoducho vypočítať pomocou algoritmov na riešenie rovníc.

Limity datovania Uránovo-tóriové datovanie má hornú hranicu veku niečo vyše 500 000 rokov. Tento limit je definovaný polčasom rozpadu tória-230, presnosťou, s akou je možné zmerať pomer tória-230 k uránu-234 vo vzorke, a presnosťou, s akou poznáme samotné polčasy rozpadu tória-230 a uránu-234. Pri výpočte veku pomocou tejto techniky sa musí zmerať aj pomer uránu-234 k jeho materskému izotopu uránu-238.

Presnosť U-Th datovanie poskytuje najpresnejšie výsledky, ak sa aplikuje na vyzrážaný uhličitan vápenatý, teda na stalagmity, travertíny a jazerné vápence. Kosti a schránky mäkkýšov (ulity) sú menej spoľahlivé. Pomocou hmotnostnej spektrometrie možno dosiahnuť presnosť ±1 %, zatiaľ čo presnosť konvenčného merania pomocou alfa spektrometrie (alfa počítania) je ±5 %. Hmotnostná spektrometria navyše vyžaduje menšie množstvo vzorky.

Referencie

Zdroj

Kategória:Datovacie metódy Kategória:Tórium Kategória:Urán (chemický prvok)