De toutes les méthodes de datation isotopique utilisées aujourd'hui, la méthode à l'uranium et au plomb est la plus ancienne et, lorsqu'elle est effectuée avec soin, la plus fiable. Contrairement à toute autre méthode, l'uranium-plomb a une vérification croisée naturelle qui indique quand la nature a altéré les preuves.
Bases de l'uranium-plomb
Uranium vient dans deux isotopes communs avec des poids atomiques de 235 et 238 (nous les appellerons 235U et 238U). Les deux sont instables et radioactifs, libérant des particules nucléaires dans une cascade qui ne s'arrête que lorsqu'elles deviennent du plomb (Pb). Les deux cascades sont différentes: 235U devient 207Pb et 238U devient 206Pb. Ce qui rend ce fait utile, c'est que ils se produisent à des rythmes différents, exprimés dans leur demi-vie (le temps qu'il faut à la moitié des atomes pour pourriture). La cascade 235U – 207Pb a une demi-vie de 704 millions d'années et la cascade 238U-206Pb est considérablement plus lente, avec une demi-vie de 4,47 milliards d'années.
Ainsi, lorsqu'un grain minéral se forme (en particulier lorsqu'il se refroidit pour la première fois en dessous de sa température de piégeage), il remet effectivement à zéro «l'horloge» de l'uranium-plomb. Les atomes de plomb créés par la désintégration de l'uranium sont piégés dans le cristal et s'accumulent en concentration avec le temps. Si rien ne perturbe le grain pour libérer ce plomb radiogène, la datation est simple dans son concept. Dans une roche vieille de 704 millions d'années, le 235U est à sa demi-vie et il y aura un nombre égal d'atomes 235U et 207Pb (le rapport Pb / U est de 1). Dans une roche deux fois plus vieille, il restera un atome 235U pour trois atomes de 207Pb (Pb / U = 3), et ainsi de suite. Avec 238U, le rapport Pb / U croît beaucoup plus lentement avec l'âge, mais l'idée est la même. Si vous avez pris des roches de tous âges et tracé leurs deux rapports Pb / U de leurs deux paires d'isotopes l'un contre l'autre sur un graphique, les points formeraient une belle ligne appelée concordia (voir l'exemple à droite colonne).
Zircon dans les datations à l'uranium et au plomb
Le minéral préféré parmi les daters U-Pb est zircon (ZrSiO4), pour plusieurs bonnes raisons.
Premièrement, sa structure chimique aime l'uranium et déteste le plomb. L'uranium se substitue facilement au zirconium tandis que le plomb est fortement exclu. Cela signifie que l'horloge est vraiment mise à zéro lorsque le zircon se forme.
Deuxièmement, le zircon a une température de piégeage élevée de 900 ° C. Son horloge n'est pas facilement perturbée par géologique des événements - pas une érosion ou une consolidation en roches sédimentaires, même pas modéré métamorphisme.
Troisièmement, le zircon est répandu dans roches ignées comme minéral primaire. Cela le rend particulièrement utile pour la datation de ces roches, qui n'ont pas de fossiles pour indiquer leur âge.
Quatrièmement, le zircon est physiquement résistant et se sépare facilement des échantillons de roche concassée en raison de sa densité élevée.
D'autres minéraux parfois utilisés pour la datation à l'uranium et au plomb comprennent la monazite, la titanite et deux autres minéraux de zirconium, la baddeleyite et la zirconolite. Cependant, le zircon est un favori si écrasant que les géologues se réfèrent souvent à la «datation au zircon».
Mais même les meilleures méthodes géologiques sont imparfaites. La datation d'une roche implique des mesures d'uranium-plomb sur de nombreux zircons, puis évaluer la qualité des données. Certains zircons sont évidemment perturbés et peuvent être ignorés, tandis que d'autres cas sont plus difficiles à juger. Dans ces cas, le diagramme de concordia est un outil précieux.
Concordia et Discordia
Considérez la concordia: à mesure que les zircons vieillissent, ils se déplacent vers l'extérieur le long de la courbe. Mais imaginez maintenant qu'un événement géologique perturbe les choses pour faire s'échapper le plomb. Cela ramènerait les zircons en ligne droite à zéro sur le diagramme de concordia. La ligne droite enlève les zircons de la concordia.
C'est là que les données de nombreux zircons sont importantes. L'événement inquiétant affecte les zircons de manière inégale, en retirant tout le plomb à certains, une partie seulement à d'autres et en laissant certains intacts. Les résultats de ces zircons tracent donc le long de cette ligne droite, établissant ce qu'on appelle une discordie.
Considérons maintenant la discordie. Si une roche vieille de 1500 millions d'années est perturbée pour créer une discordie, elle n'est pas perturbée pendant un autre milliard d'années, toute la ligne de discordia migrera le long de la courbe de la concordia, indiquant toujours l'âge de la perturbation. Cela signifie que les données sur le zircon peuvent nous dire non seulement quand une roche s'est formée, mais aussi quand des événements importants se sont produits au cours de sa vie.
Le zircon le plus ancien jamais découvert date d'il y a 4,4 milliards d'années. Avec ce fond dans la méthode de l'uranium-plomb, vous pouvez avoir une appréciation plus profonde de la recherche présentée sur l'Université du Wisconsin "Premier morceau de la terre", y compris la 2001 papier dans La nature qui a annoncé la date du record.