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铀铅同位素地球化学其在地质年代测定中的应用

已有 1052 次阅读 2024-2-20 21:38 |个人分类:地球科学|系统分类:科普集锦

铅同位素比值及其在地质年代测定中的应用

  铅同位素比值是地球科学与考古学中一个极为关键的概念,它指的是自然界中存在的四种稳定铅同位素——204Pb、206Pb、207Pb和208Pb之间的相对丰度比例。其中,最为研究者关注的三种比值为206Pb/204Pb、207Pb/204Pb以及208Pb/204Pb。这些比值的重要性在于其与铀衰变系列的直接关联性。

铀-238经过一系列α和β衰变后最终形成稳定的206Pb,其半衰期长达44.7亿年;而铀-235则通过不同的衰变路径生成207Pb,其半衰期约为7.04亿年。此外,钍-232衰变链的终点也是铅同位素,即208Pb。这意味着,在地壳中的岩石、矿物或化石等地质样品中,随着时间推移,由于铀和钍的放射性衰变,会积累相应的铅同位素。

铀-铅定年法(U-Pb dating)正是利用这一原理,通过对地质样品中不同铅同位素的比例进行精确测量,并结合铀和钍同位素的初始含量信息,可以计算出样品的绝对年龄。这种方法的准确性建立在两个假设之上:一是地质样品在形成时,238U与235U的原始比例保持恒定;二是衰变过程中产生的铅同位素比例随着衰变时间的增加而相应变化。

尽管全球范围内238U与235U的自然丰度比例大致稳定(分别为约99.27%和0.72%),但局部环境或特定地质条件可能导致该比例出现微小变化。因此,在实际测年操作中,科学家必须仔细评估每个样本的具体铀同位素初始比值,以校正潜在误差,确保测年结果的可靠性。

值得注意的是,虽然数十亿年的漫长岁月中,238U和235U的丰度比例发生了极其细微的变化(如238U略微减少,235U缓慢增加),但总体而言,这一比例在全球尺度上仍维持着基本稳定的状态。这种稳定性使得铀-铅定年法成为测定古老地球物质年龄最精准的方法之一,不仅适用于地质年代学的研究,还广泛应用于环境科学研究、矿产资源勘查、矿床成因分析、污染物源追踪及古代贸易路线探索等多个领域。尽管人类核技术的发展对某些局部区域内的铀同位素丰度造成了影响,但这并未改变地球整体铀同位素比例的基本规律。



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