歷史地質學/鈾釷、鈾鏷和鐳鉛測年

在本文中，我們將討論三種可用於測定海洋和湖泊沉積物的類似方法：鈾-釷、鈾-鏷 和 鐳-鉛 方法。

同位素

本文討論的方法都需要兩種同位素：一種是母同位素，它是可溶的（或其常見化合物是可溶的），以及一種是不可溶的放射性子同位素。

下表列出了三種這樣的系統，以及半衰期，因為這是關鍵數字。

母同位素會溶解在海洋或湖泊中，但當衰變發生時，不可溶的子同位素會以沉積物的形式沉澱出來，併成為海洋或湖泊沉積物上層的組成部分。它隨後會被進一步的沉積物掩埋，並且由於它是放射性的，它會發生衰變。

現在，如果沉積物中完全沒有母同位素，那麼計算就會非常簡單：當我們向下挖掘沉積物，直到子同位素的丰度僅為地表丰度的一半時，我們就會向下挖掘了一個半衰期的時間；總的來說，我們可以寫成

t = h × log₂(N/N_s)

其中

這將是一個簡單的例子：然而，沉積物中不一定完全沒有母同位素。可能會有，但這並不是問題，因為我們可以測量沉積物上層中母同位素的數量，並在計算中考慮這一點。關鍵是，子同位素的數量將超過沉積物中母體衰變所能解釋的數量。

本文中描述的所有方法，其有用性都受到半衰期的限制。這對於²¹⁰Pb 來說尤其如此；由於它的半衰期只有 22 年，這使得它在大多數地質目的中毫無用處。然而，它可以用來衡量海洋沉積物的沉積速率，作為使用沉積物陷阱的替代方法。

這種方法比沉積物陷阱有幾個優點。首先，它更快：獲得沉積物岩心樣本不需要花費很長時間，而沉積物陷阱則必須放置至少一年才能產生有用的結果。

其次，使用鐳鉛使我們能夠測量在一個世紀左右時間內發生的沉積量並對其進行平均，從而減少小規模波動對我們獲得的數字的影響。

我們可以利用²³⁴U 是可溶的而²³⁰Th 是不可溶的事實來進行替代使用。

首先，這意味著²³⁴鈾會被整合到海洋生物（如珊瑚）的結構中。其次，這意味著²³⁴鈾會被整合到洞穴堆積物中，而²³⁰釷不會，就像在鈾鉛測年法中討論的那樣，這與關於鈾鉛和相關方法的文章相似。

然而，鈾-鉛和鈾-釷之間存在差異：²³⁰釷是放射性的。雖然這對於它在測定海洋沉積物年代中的使用至關重要，但它在測定有機遺骸或洞穴堆積物年代時實際上是一個不便，因為它意味著²³⁰釷不僅會透過衰變產生，還會透過衰變而被破壞。

因此，樣本中²³⁰Th的含量將趨向於長期平衡：釷的生成速率與衰變速率相等時的狀態。這一事實，加上測量²³⁰Th含量是否達到長期平衡的99.9%、99.99%或99.999%的實際困難，限制了該方法的有效範圍，約為50萬年。

由於這種方法可以應用於有機材料，因此可以與放射性碳測年法進行關聯，兩種方法得出的日期可以證明是一致的。