Datación uranio-torio

La datación uranio-torio , también llamada datación por torio-230 , datación por desequilibrio de la serie 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 materiales de carbonato de calcio como espeleotemas o corales . ^{[1] [2]} A diferencia de otras técnicas de datación radiométrica comúnmente utilizadas , como la datación por rubidio-estroncio o uranio-plomo , la técnica uranio-torio no mide la acumulación de un producto de desintegración estable de un 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 progenitor radiactivo uranio-234 dentro de una muestra.

El torio no es soluble en agua natural en las condiciones que se dan en la superficie de la tierra o cerca de ella, por lo que los materiales cultivados en o a partir de esta agua no suelen contener torio. ^[3] Por el contrario, el uranio es soluble hasta cierto punto en toda el agua natural, por lo que cualquier material que se precipite o se cultive a partir de dicha agua también contiene trazas de uranio, normalmente en niveles de entre unas pocas partes por mil millones y unas pocas 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 desintegra en torio-230. ^[4] El torio-230 es en sí mismo radiactivo con una vida media de 75.000 años, ^[4] por lo que 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 progenitor radiactivo, el uranio-234. En el equilibrio secular, la cantidad de desintegraciones de torio-230 por año dentro de una muestra es igual a la cantidad de torio-230 producido, que también es igual a la cantidad de desintegraciones de uranio-234 por año en la misma muestra.

En 1908, John Joly , profesor de geología en el Trinity College de Dublín , encontró mayores contenidos de radio en sedimentos profundos que en los de la plataforma continental, y sospechó que los sedimentos detríticos extraían radio del agua de mar. Piggot y Urry descubrieron 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, con importantes contribuciones de Larry Edwards. ^{[5] [6]} Después de que el libro emblemático de Viktor Viktorovich Cherdyntsev sobre el uranio-234 se tradujera al inglés, la datación U-Th atrajo la atención de la investigación en geología occidental. ^{[7] : 7}

La datación por series U es una familia de métodos que se pueden aplicar a diferentes materiales en distintos intervalos de tiempo. Cada método recibe el nombre de los isótopos medidos para obtener la fecha, en su mayoría un isótopo hijo y su isótopo padre. En la siguiente tabla se enumeran ocho métodos.

El método ²³⁴ U/ ²³⁸ U se basa en el hecho de que ^{el 234} U se disuelve preferentemente sobre ^{el 238} U porque cuando un átomo ^{de 238} U se desintegra emitiendo un rayo alfa , el átomo hijo se desplaza de su posición normal en el cristal por el retroceso atómico . ^[8] Esto produce un átomo ^{de 234} Th que rápidamente se convierte en un átomo ^{de 234} U. Una vez que se deposita el uranio, la relación de ²³⁴ U a ²³⁸ U vuelve a su equilibrio secular (en el que las radiactividades de los dos son iguales), y la distancia desde el equilibrio disminuye en un factor de 2 cada 245.000 años.

Un balance de materiales da, para alguna constante desconocida A , estas expresiones para proporciones de actividad (suponiendo que los ²³⁰ Th comienzan en cero):

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

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

Podemos resolver la primera ecuación para A en términos de la edad desconocida, t :

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

Poniendo esto en la segunda ecuación obtenemos una ecuación que debe resolverse para t :

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

Lamentablemente no existe una expresión cerrada para la edad, t , pero se encuentra fácilmente utilizando algoritmos de resolución de ecuaciones .

La datación uranio-torio tiene un límite de edad superior de algo más de 500.000 años, definido por la vida media del torio-230, la precisión con la que se puede medir la relación torio-230/uranio-234 en una muestra y la exactitud con la que se conocen las vidas medias del torio-230 y el uranio-234. Al utilizar esta técnica para calcular una edad, también se debe medir la relación entre el uranio-234 y su isótopo original, el uranio-238. ^{[ cita requerida ]}

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. Los huesos y las conchas son menos fiables. La espectrometría de masas puede alcanzar una precisión de ±1%. La precisión del conteo alfa convencional es de ±5%. La espectrometría de masas también utiliza muestras más pequeñas. ^[9]

• Datación por radiocarbono

El Wikilibro Geología histórica tiene una página sobre el tema: datación por U-Pb, Pb-Pb y por huellas de fisión.

• Shakhashiri, Bassam Z. "Uranio". Chemical of the Week en scifun.org . Departamento de Química de la Universidad de Wisconsin-Madison. Archivado desde el original el 14 de febrero de 2015. Consultado el 24 de octubre de 2015 .