ウラン-トリウム年代測定

ウラン-トリウム年代測定法は、トリウム230年代測定法、ウラン系列不平衡年代測定法、ウラン系列年代測定法とも呼ばれ、1960年代に確立された放射年代測定法で、1970年代からは洞窟生成物やサンゴなどの炭酸カルシウム物質の年代を決定するために使用されています。^{[1] [2]}ルビジウム-ストロンチウム年代測定法やウラン-鉛年代測定法など、一般的に使用されている他の放射年代測定法とは異なり、ウラン-トリウム法は、安定した端成分崩壊生成物の蓄積を測定しません。代わりに、サンプル内の 放射性同位体トリウム230とその放射性親ウラン234の間で永年平衡が回復された度合いから年代を計算します。

トリウムは、地表またはその近くの条件下では天然水に溶けないため、この水中またはこの水から生成された物質には通常トリウムは含まれません。^[3]対照的に、ウランはある程度はすべての天然水に溶けるため、そのような水から沈殿または生成された物質にも微量のウランが含まれており、通常は重量で数ppbから数ppmのレベルで含まれています。そのような物質が形成されてから時間が経つと、半減期が245,000年のサンプル中のウラン234はトリウム230に崩壊します。^[4]トリウム230自体は放射性で、半減期は75,000年です。^{[4]そのため、（}ウラン-鉛系の場合のように）無限に蓄積するのではなく、トリウム230は放射性の親ウラン234と永年平衡に近づきます。永年平衡では、サンプル内のトリウム 230 の年間崩壊数は生成されるトリウム 230 の数に等しく、これは同じサンプル内のウラン 234 の年間崩壊数にも等しくなります。

1908年、ダブリン大学トリニティ・カレッジの地質学教授ジョン・ジョリーは、大陸棚よりも深海の堆積物にラジウム含有量が多いことを発見し、堆積物が海水からラジウムを回収したのではないかと考えた。ピゴットとアーリーは1942年に、ラジウム過剰はトリウム過剰と一致することを発見した。この技術が陸生炭酸塩（洞窟生成物とトラバーチン）に適用されるまでには、さらに20年かかった。1980年代後半には、ラリー・エドワーズの多大な貢献により、質量分析法によってこの方法が改良された。^{[5] [6]ヴィクトル・ヴィクトロヴィッチ・チェルディンツェフの}ウラン234に関する画期的な本が英訳された後、ウラン-トリウム年代測定は西洋の地質学で広く研究の注目を集めるようになった。^{[7] : 7}

U シリーズ年代測定は、さまざまな時間範囲にわたってさまざまな物質に適用できる一連の方法です。各方法は、年代測定のために測定された同位体 (主に娘核種とその親核種) にちなんで名付けられています。以下の表に 8 つの方法を示します。

²³⁴ U/ ²³⁸ U法は、238 U原子がアルファ線を放出して崩壊するとき、娘原子が原子反跳によって結晶内の通常の位置から変位するため、234 Uが238 Uよりも優先的に溶解^するという事実に基づいて^います^。 [ ^8] これにより、²³⁴ Th原子が生成され、すぐに^{234 U原子になります。ウランが沈着すると、 234} Uと²³⁸ Uの比率は永年平衡（2つの放射能が等しい）に戻り、平衡からの距離は245,000年ごとに2分の1ずつ減少します。

物質収支は、未知の定数Aに対して、活動比を表す次の式を与えます（ ²³⁰ Th がゼロから始まると仮定）。

${\displaystyle ^{234}{\text{U}}/^{238}{\text{U}}=1+A\times 2^{-t/245000}}$

${\displaystyle ^{230}{\text{Th}}/^{238}{\text{U}}=1+{\frac {A}{1-75000/245000}}\times 2^{-t/245000}-\left(1+{\frac {A}{1-75000/245000}}\right)\times 2^{-t/75000}}$

未知の年齢tを用いてAの最初の方程式を解くことができます。

${\displaystyle A=(^{234}{\text{U}}/^{238}{\text{U}}-1)\times 2^{t/245000}}$

これを 2 番目の方程式に代入すると、 tについて解くべき方程式が得られます。

${\displaystyle ^{230}{\text{Th}}/^{238}{\text{U}}=1+{\frac {^{234}{\text{U}}/^{238}{\text{U}}-1}{1-75000/245000}}-2^{-t/75000}-{\frac {^{234}{\text{U}}/^{238}{\text{U}}-1}{1-75000/245000}}\times 2^{t/245000-t/75000}}$

残念ながら、年齢tの閉じた形式の表現はありませんが、方程式を解くアルゴリズムを使用すると簡単に見つけることができます。

ウラン-トリウム年代測定の上限は 50 万年強で、これはトリウム 230 の半減期、サンプル中のトリウム 230/ウラン 234 比率を測定できる精度、およびトリウム 230 とウラン 234 の半減期を知る正確さによって定義されます。この技術を使用して年代を計算するには、ウラン 234 とその親同位体であるウラン 238 の比率も測定する必要があります。^{[引用が必要]}

U-Th年代測定は、石筍、トラバーチン、湖沼石灰岩などの沈殿炭酸カルシウムに適用すると最も正確な結果が得られます。骨や貝殻は信頼性が低くなります。質量分析は±1%の精度を達成できます。従来のアルファカウントの精度は±5%です。質量分析では、より小さなサンプルも使用されます。^[9]

• 放射性炭素年代測定

ウィキブック歴史地質学には、 U-Pb、Pb-Pb、核分裂トラック年代測定に関するページがあります。

• Shakhashiri, Bassam Z. 「ウラン」。scifun.org の今週の化学物質。ウィスコンシン大学マディソン校化学部。2015 年 2 月 14 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2015年10 月 24 日閲覧。