Datación de uranio-torio

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La datación por uranio-torio, también llamada datación por torio-230, datación por desequilibrio de series de uranio o datación por 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 los materiales de carbonato de calcio como el espeleotema. o coral. A diferencia de otras técnicas de datación radiométrica de uso común, como la datación con rubidio-estroncio o uranio-plomo, la técnica de uranio-torio no mide la acumulación de un producto de descomposición estable del miembro final. 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.

Fondo

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 que crecen en o a partir de esta agua no suelen contener torio. Por el contrario, el uranio es soluble hasta cierto punto en toda el agua natural, por lo que cualquier material que se precipita o crece a partir de dicha agua también contiene trazas de uranio, normalmente en niveles de entre unas pocas partes por billón y algunas partes por millón en peso. A medida que pasa el tiempo después de que se haya formado dicho material, el uranio-234 en la muestra con una vida media de 245.000 años se descompone en torio-230. El torio-230 es radiactivo en sí mismo con una vida media de 75.000 años,entonces, en lugar de acumularse indefinidamente (como es el caso, por ejemplo, del sistema uranio-plomo), el torio-230 se acerca al equilibrio secular con su padre radiactivo, el uranio-234. En el equilibrio secular, el número de desintegraciones de torio-230 por año dentro de una muestra es igual al número de desintegraciones de torio-230 por año en la misma muestra.

Historia

En 1908, John Joly, profesor de geología de la Universidad de Dublín, encontró mayores contenidos de radio en los sedimentos profundos que en los de la plataforma continental y sospechó que los sedimentos detríticos eliminaban el radio del agua de mar. Piggot y Urry encontraron 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 fines de la década de 1980, el método se perfeccionó mediante espectrometría de masas. Después de que el libro histórico de Viktor Viktorovich Cherdyntsev sobre el uranio-234 se tradujera al inglés, la datación U-Th llamó la atención de la investigación generalizada en la geología occidental.

Métodos

La datación en serie U es una familia de métodos que se pueden aplicar a diferentes materiales en diferentes intervalos de tiempo. Cada método lleva el nombre de los isótopos medidos para obtener la fecha, principalmente una hija y su padre. En la siguiente tabla se enumeran ocho métodos.

Relación isotópica medida	Método analítico	Intervalo de tiempo (ka)	Materiales
jue/ tu	espec. alfa; especificación de masa	1–350	Carbonatos, fosfatos, materia orgánica
pa/ t	especificación alfa.	1–300	Carbonatos, fosfatos
tu/ tu	espec. alfa; especificación de masa	100–1000	Carbonatos, fosfatos
Tendencia U	especificación alfa.	10–1,000 (?)	Sedimento detrítico
Real academia de bellas artes	especificación alfa.	0.5–10	Carbonatos
Jue/ Jue	especificación alfa.	5–300	sedimento marino
Pa/ Jue	especificación alfa.	5–300	sedimento marino
él/tú	especificación de masa (gas)	20–400 (?)	Coral

El método U/ U se basa en el hecho de que U se disuelve preferentemente sobre U porque cuando un átomo de U se desintegra emitiendo un rayo alfa, el átomo hijo se desplaza de su posición normal en el cristal por el retroceso atómico. Esto produce un átomo Th que rápidamente se convierte en un átomo U. Una vez que se deposita el uranio, la proporción de U a U vuelve a su equilibrio secular (en el que las radiactividades de los dos son iguales), y la distancia desde el equilibrio se reduce en un factor de 2 cada 245 000 años.

Un balance de materia da, para alguna constante A desconocida, estas expresiones para las razones de actividad (asumiendo que Th comienza en cero): ${displaystyle ^{234}{text{U}}/^{238}{text{U}}=1+Aveces 2^{-t/245000}}$ ${displaystyle ^{230}{text{Th}}/^{238}{text{U}}=1+{frac {A}{1-75000/245000}}veces 2^{-t /245000}-left(1+{frac {A}{1-75000/245000}}right)times 2^{-t/75000}}$

Podemos resolver la primera ecuación para A en términos de la edad desconocida, t : ${displaystyle A=(^{234}{text{U}}/^{238}{text{U}}-1)veces 2^{t/245000}}$

Poner esto en la segunda ecuación nos da una ecuación para ser resuelta para t : ${displaystyle ^{230}{text{Th}}/^{238}{text{U}}=1+{frac {^{234}{text{U}}/^{238}{ text{U}}-1}{1-75000/245000}}-2^{-t/75000}-{frac {^{234}{text{U}}/^{238}{text {U}}-1}{1-75000/245000}}veces 2^{t/245000-t/75000}}$

Desafortunadamente, no existe una expresión de forma cerrada para la edad, t, pero se encuentra fácilmente usando algoritmos de resolución de ecuaciones.

Límites de citas

La datación con uranio-torio tiene un límite superior de edad de algo más de 500 000 años, definido por la vida media del torio-230, la precisión con la que se puede medir la proporción de torio-230/uranio-234 en una muestra y la exactitud para cuál conoce las vidas medias del torio-230 y el uranio-234. Usando esta técnica para calcular una edad, también se debe medir la proporción de uranio-234 a su isótopo padre, uranio-238.

Precisión

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 la concha son menos confiables. La espectrometría de masas puede lograr una precisión de ±1%. La precisión del conteo alfa convencional es de ±5%. La espectrometría de masas también utiliza muestras más pequeñas.

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