ウラン・鉛年代測定法

ウラン・鉛年代測定法

[ウラン]]・鉛年代測定法は、放射性物質であるウラン]が崩壊して最終的に[鉛]になる現象を利用した放射年代測定法の一種です。この手法を用いることで、[[ウランを含む鉱物などの試料がどれくらいの過去に生成されたのかを調べることができます。

概要

ウランは、核分裂などの特殊な状況を除き、最終的には安定した鉛へと変化します。放射性物質は核種ごとに半減期が決まっているため、試料中のウランと鉛の存在比を測定することで、試料が生成された年代を推定できます。この方法はウラン・鉛法とも呼ばれます。

地球上に存在するウランの同位体はすべて放射性核種であり、安定して存在することはできません。ウラン・鉛年代測定法で重要なウランの同位体は、主に以下の2種類です。

238U: 8回のα崩壊と6回のβ崩壊を経て206Pbに変化（半減期は約45億年）
235U: 7回のα崩壊と4回のβ崩壊を経て207Pbに変化（半減期は約7億年）

これらの半減期を利用することで、100万年以上経過したウラン含有試料の年代測定が可能です。特に238Uを用いた測定は、地球の歴史に匹敵する45億年以上の試料にも適用でき、0.1%～1%程度の精度で年代を特定できます。地球の年齢が約45億歳であるという事実は、ウラン・鉛年代測定法の確立によって初めて明らかになりました。

もしウラン-鉛系が外部との物質のやり取りがない閉鎖系であれば、238Uから206Pbへの崩壊系列と235Uから207Pbへの崩壊系列から求められる年代は一致するはずです(一致年代)。しかし、実際にはウランや鉛が二次的に移動することが多く、年代が一致しない場合があります(不一致年代)。

1956年、ジョージ・ウェザリルは、ウラン系列とアクチニウム系列を組み合わせて年代測定を行うコンコーディア法を提唱しました。この方法により、不一致年代を示す試料でも年代測定が可能になりました。

また、238Uが206Pbに変化する過程の約10倍の半減期（約475億年）を持つ87Rbも放射年代測定に利用されます。87Rbはβ崩壊によって安定核種である87Srに変化するため、この2つの核種の存在比を調べることで年代を測定できます（ルビジウム・ストロンチウム年代測定法）。ウラン系列とルビジウム・ストロンチウム年代測定法を組み合わせて年代測定を行うこともあります。いずれにしても、ウラン・鉛年代測定法では、鉛の同位体存在比を分析することが年代決定の鍵となります。

ウラン・鉛年代測定法を用いる対象

[ウラン]]・鉛年代測定法は、主にジルコン]を含む鉱石に適用されます。[[ジルコンは結晶構造内にウランやトリウムを取り込みやすい一方、鉛はほとんど取り込まないという特徴があります。そのため、ジルコン中の鉛は、ジルコンが生成された後にウランやトリウムが崩壊して生成されたものとみなすことができます。ジルコンはウラン・鉛年代測定に非常に適した試料と言えるでしょう。また、ジルコン中の放射性物質の崩壊によって生じる結晶格子の損傷も、年代測定の精度向上に役立ちます。

炭酸塩鉱物（方解石やアラレ石など）にもウラン・鉛年代測定法が用いられることがありますが、火成岩や変成岩に含まれる鉱物に適用する場合と比較すると、年代測定の精度は劣ります。

関連項目

放射年代測定
鉛・鉛年代測定法
* ウラン・ウラン年代測定法

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