Рубидий-стронциевый датирование - Rubidium–strontium dating

В рубидий-стронциевый датирование метод - это радиометрическое датирование техника, используемая ученые определить возраст горных пород и минералов из количества содержащихся в них конкретных изотопов рубидия (⁸⁷Rb) и стронций (⁸⁷Sr, ⁸⁶Sr).

Развитию этого процесса способствовали немецкие химики Отто Хан и Фриц Штрассманн, который позже открыл ядерное деление в декабре 1938 г.

Полезность рубидий –стронций изотоп система возникает из-за того, что ⁸⁷Rb (один из двух встречающихся в природе изотопы рубидия ) распадается на ⁸⁷Sr с период полураспада 49,23 миллиарда лет. Кроме того, Rb очень несовместимый элемент что при частичном плавлении мантии предпочитает присоединяться к магматическому расплаву, а не оставаться в мантии минералы. В результате Rb обогащается породами земной коры. В радиогенный дочь, ⁸⁷Sr образуется в этом процессе распада и производился циклами звездный нуклеосинтез до создания Солнечной системы.

Различные минералы в данной геологической обстановке могут приобретать совершенно разные соотношения радиогенного стронция-87 и природного стронция-86 (⁸⁷Sr /⁸⁶Sr) сквозь время; и их возраст можно рассчитать, измерив ⁸⁷Sr /⁸⁶Sr в масс-спектрометр, зная количество ⁸⁷Sr присутствует при образовании породы или минерала, и при расчете количества ⁸⁷Rb из измерения присутствующего Rb и знания ⁸⁵Руб. /⁸⁷Соотношение масс. Руб.

Если эти минералы кристаллизованный из того же кремний плавления, каждый минерал имел одинаковое начальное ⁸⁷Sr /⁸⁶Sr как родительский плав. Однако, поскольку Rb заменяет K в минералах, и эти минералы имеют разные K /Ca соотношениях, минералы будут иметь разные отношения Rb / Sr.

В течение фракционная кристаллизация, Sr имеет тенденцию концентрироваться в плагиоклаз, оставляя Rb в жидкой фазе. Следовательно, отношение Rb / Sr в остаточной магма со временем может увеличиваться, что приводит к увеличению отношения Rb / Sr к породам с увеличением дифференциации. Самые высокие коэффициенты (10 и выше) встречаются в пегматиты.

Обычно Rb / Sr увеличивается в порядке плагиоклаза, роговой обманки, калиевого полевого шпата, биотита, мусковита. Следовательно, при наличии достаточного времени для значительного производства (врастания) радиогенный ⁸⁷Sr, измерено ⁸⁷Sr /⁸⁶Значения Sr будут разными в минералах, увеличиваясь в том же порядке.

Пример

Например, рассмотрим случай вулканическая порода например, гранит который содержит несколько основных Sr-содержащих минералов, включая плагиоклаз полевой шпат, Калиевый полевой шпат, роговая обманка, биотит, и москвич. Каждый из этих минералов имеет различное начальное соотношение рубидий / стронций, зависящее от содержания в них калия, концентрации Rb и K в расплаве и температуры, при которой образовались минералы. Рубидий заменяет калий в решетке минералов со скоростью, пропорциональной его концентрации в расплаве.

Идеальный сценарий по Серия реакций Боуэна увидит, как гранитный расплав начинает кристаллизоваться накапливать совокупность плагиоклаза и роговой обманки (т.е. тоналит или же диорит ), который имеет низкое содержание K (и, следовательно, Rb), но высокое содержание Sr (поскольку он заменяет Ca), что пропорционально обогащает расплав K и Rb. Затем это вызывает осаждение ортоклаза и биотита, минералов, богатых калием, которые может замещать Rb. Полученные в результате отношения Rb-Sr и содержания Rb и Sr как для целых пород, так и для составляющих их минералов будут заметно отличаться. Это, таким образом, позволяет с разной скоростью выделяться радиогенному Sr в отдельных породах и составляющих их минералах с течением времени.

Расчет возраста

Возраст образца определяется путем анализа нескольких минералов в нескольких подобразцах из разных частей исходного образца. В ⁸⁷Sr /⁸⁶Отношение Sr для каждой подвыборки отображается в зависимости от ⁸⁷Руб. /⁸⁶Отношение Sr на графике, называемом изохрон. Если они образуют прямую линию, то подвыборки согласованы, а возраст, вероятно, надежен. Наклон линии определяет возраст образца.

Действительно, учитывая универсальный закон радиоактивного распада и следующий рубидий бета-распад  : ${displaystyle {ce {^ {87} _ {37} Rb -> [{eta -}] [{}] ~ _ {38} ^ {87} Sr ~ + e ^ {-} ~ + ~ {ar {u _ {e}}}}}}$ получаем выражение, которое описывает рост стронция 87 в минерале рубидий: ${displaystyle {ce {^ {87} _ {38} Sr (t) ~ = _ {38} ^ {87} Sr (0) ~ + ~ _ {37} ^ {87} Rb (e ^ {lambda t}) -1)}}}$, ${displaystyle {ce {lambda}}}$ будучи постоянная распада рубидия. Кроме того, мы могли бы рассмотреть количество ${displaystyle {ce {^ {86} _ {38} Sr}}}$ как константа по двум причинам; во-первых, этот изотоп стабилен, а во-вторых, полупериод для ${displaystyle {ce {^ {86} _ {37} Rb}}}$ (кто произвел ${displaystyle {ce {^ {86} _ {38} Sr}}}$ радиогенный нуклеид ) незначительно по сравнению с ${displaystyle {ce {^ {87} _ {37} Rb}}}$ перерыв.

Следовательно, ${displaystyle {ce {{frac {^ {87} Sr} {^ {86} Sr}} = ({frac {^ {87} Sr} {^ {86} Sr}}) _ {0} ~ + {frac {^ {87} Rb} {^ {86} Sr}} (e ^ {lambda t} -1)}}}$ уравнение изохроны. После измерения содержания рубида и стронция в минерале мы можем легко определить возраст образца, его значение t.^[1]

Источники ошибки

Датирование Rb-Sr основано на правильном измерении отношения Rb-Sr в минерале или образце всей породы, а также на получении точных данных. ⁸⁷Sr /⁸⁶Отношение Sr для минерала или всего образца породы.

Несколько предварительных условий должны быть выполнены, прежде чем дату Rb-Sr можно будет рассматривать как представляющую время внедрения или образования породы.

• Система должна была оставаться закрытой для диффузии Rb и Sr с того момента, когда горная порода образовалась или упала ниже температура закрытия (обычно считается 650 ° C);
• Минералы, взятые из скалы, чтобы построить изохрон должны образоваться в химическом равновесии друг с другом или, в случае отложений, отложиться одновременно;
• Скала не должна была метасоматоз которые могли нарушить систему Rb-Sr термически или химически.

Одним из основных недостатков (и, наоборот, наиболее важного использования) использования Rb и Sr для получения радиометрической даты является их относительная мобильность, особенно в гидротермальный жидкости. Rb и Sr являются относительно подвижными щелочными элементами и поэтому относительно легко перемещаются горячими, часто газированный гидротермальные флюиды, присутствующие во время метаморфизма или магматизма.

И наоборот, эти флюиды могут метасоматически изменять породу, вводя в породу новые Rb и Sr (обычно во время калиевых изменений или кальциевых (альбитизация ) внесение изменений. Затем Rb-Sr можно использовать в измененной минералогии, чтобы датировать время этого изменения, но не дату образования породы.

Таким образом, присвоив возрастное значение В результате требуется изучение метасоматической и термической истории породы, любых метаморфических событий и любых свидетельств движения флюидов. Дата Rb-Sr, которая расходится с данными других геохронометров, не может быть бесполезной, она может предоставлять данные о событии, которое не отражает возраст образования породы.

Использует

Геохронология

Метод датирования Rb-Sr широко использовался для датирования земных и лунных горных пород и метеоритов. Если исходное количество Sr известно или может быть экстраполировано, возраст может быть определен путем измерения концентраций Rb и Sr и ⁸⁷Sr /⁸⁶Отношение Sr. Даты указывают истинный возраст минералов только в том случае, если породы не подвергались последующим изменениям.

Важная концепция изотопного отслеживания заключается в том, что Sr, полученный из любого минерала в результате реакций выветривания, будет иметь одинаковые ⁸⁷Sr /⁸⁶Sr как минерал. Хотя это потенциальный источник ошибок для земных горных пород, это не имеет отношения к лунным горным породам и метеоритам, поскольку в этих средах нет химических реакций выветривания.

Изотопная геохимия

Исходный ⁸⁷Sr /⁸⁶Отношения Sr - полезный инструмент в археология, криминалистика и палеонтология поскольку ⁸⁷Sr /⁸⁶Sr скелета, морской ракушки или даже глиняного артефакта напрямую сопоставим с исходными породами, на которых он был сформирован или на которых жил организм. Таким образом, измеряя текущий день ⁸⁷Sr /⁸⁶Отношение Sr (и часто ¹⁴³Nd-¹⁴⁴Nd ratios) можно измерить геологический отпечаток объекта или скелета, что позволит определить характер миграции.

Стратиграфия изотопов стронция

Стратиграфия изотопов стронция основана на признанных вариациях ⁸⁷Sr /⁸⁶Отношение Sr морской воды с течением времени. Применение изотопной стратиграфии Sr обычно ограничивается карбонатными образцами, для которых кривая морской воды Sr хорошо определена. Это хорошо известно для шкалы времени кайнозоя, но из-за более слабой сохранности карбонатных толщ в мезозое и ранее, это не совсем понятно для более старых последовательностей.

В более старых последовательностях диагенетические изменения сочетаются с большей неопределенностью в оценке абсолютного возраста из-за отсутствия перекрытия между другими геохронометрами (например, U – Th ) приводит к большей неопределенности в точной форме кривой морской воды изотопа Sr.

Рекомендации

• Jacobsen, S.B .; Wills, J .; Инь, Q. (1997). Записи изотопов морской воды, эволюция земной коры, тектоника и эволюция атмосферы (PDF). Седьмой Ежегодник В. Конференция Гольдшмидта. Тусон, Аризона. С. 103–104.
• «Таблица Менделеева - стронций». Ресурсы по изотопам. USGS. Январь 2004 г.. Получено 10 ноября 2016.
• Attendorn, H. -G .; Боуэн, Роберт (1988). «Рубидий-стронциевый датирование». Изотопы в науках о Земле. Springer. С. 162–165. ISBN  978-0-412-53710-3.
• Вальтер, Джон Виктор (2009). «Рубидий-стронциевая систематика». Основы геохимии. Джонс и Бартлетт Обучение. С. 383–385. ISBN  978-0-7637-5922-3.

внешняя ссылка

• CSIRO Petroleum - Глобальная эволюция изотопов Sr морской воды