Uranium comminution ages: Sediment transport and deposition time scales

The uranium isotope comminution age is determined from the 234U/238U ratio and reflects the timescale associated with the transformation of bedrock to sediment. The comminution age is applicable to Late Pleistocene sediments and measures the amount of time elapsed since sediment generation by mechanical weathering and erosion. The age significance of the 234U/238U ratios is based on physical disruption of the 238U-decay series by recoil loss of 234Th that occurs in mineral grains smaller than 50 μm. Results from study of fine-grained deep sea sediments in the North Atlantic Ocean, alluvial sediments in California and Australia, and modern glacial outwash are encouraging, but critical aspects of the method require further investigation. Particular issues are the effects of laboratory chemical leaching treatment on sediment samples and estimation of 234U loss rates as a function of grain size. In the North Atlantic marine environment the U isotope variations are inferred to reflect differences in the transport time of the sediment–the time elapsed between the generation of the small sediment particles by glacial action in Iceland and Fennoscandian source areas, and the time of deposition on the seafloor in the North Atlantic Ocean at a drift site south of Iceland. Calculated transport times vary from less than 10 kyr to about 400 kyr, and correlate with provenance and glacial cycles. Application to alluvial sediments in California and Australia suggests that where sediments are glacially-derived and transported short distances, the U comminution age may approximate the sedimentation age, but in larger basins that are not glaciated the sediments retain information about residence/transport times that can extend to ca. 400 kyr. To verify that initial 234U/238U ratios for glacial sediments are close to the secular equilibrium ratio, outwash from several major glaciers around the world was measured and found to be within ± 1% of the accepted equilibrium 234U/238U value.

RésuméL’âge de comminution de l’isotope de l’uranium est déterminé à partir du rapport 234U/238U et reflète l’échelle de temps associée à la transformation de la roche mûre en sédiment. L’âge de comminution est applicable aux sédiments du Pléistocène supérieur et mesure la quantité de temps qui s’est écoulée entre la production de sédiment par altération et érosion. La signification des rapports 234U/238U est fondée sur la rupture physique de la série de désintégration de 238U par perte recul de 234Th qui se produit dans des grains minéraux inférieurs à 50 μm. Les résultats de l’étude de sédiments océaniques fins de profondeur dans l’Atlantique Nord, de sédiments alluviaux en Californie et en Australie et de dépôts glaciaires actuels sont encourageants, mais les aspects critiques de la méthode requièrent des investigations plus poussées. Celles-ci pourraient être les effets du lessivage chimique en laboratoire sur des échantillons de sédiment et l’estimation des taux de perte de 234U en fonction de la taille des grains. Dans l’environnement océanique de l’Atlantique Nord, les variations isotopiques de U sont supposées refléter les différences dans le temps de transport du sédiment – le temps écoulé entre la production de particules de petite taille par action glaciaire à partir de zones sources en Islande et en Scandinavie et le temps de dépôt sur le plancher océanique de l’Atlantique Nord sur un site de drift au sud de l’Islande. Les temps de transport calculés varient entre moins de 10 ans et environ 400 000 ans, selon la provenance et les cycles glaciaires. Une application aux sédiments alluviaux de Californie et d’Australie suggère que là où les sédiments ont une origine glaciaire et sont transportés sur de courtes distances, l’âge de comminution de l’U correspond approximativement à l’âge de sédimentation, mais que dans de plus grands bassins qui ne sont pas englacés, l’information que retiennent les sédiments à propos du rapport temps de transport/résidence peut atteindre ca. 400 kans. Pour vérifier que les rapports initiaux 234U/238U sont proches du rapport d’équilibre séculaire, des dépôts glaciaires en provenance de plusieurs importants glaciers à travers le monde ont été analysés et se situent à ± 1 % de la valeur d’équilibre 234U/238U admise.