Datowanie rubidowo-strontowe

Randki rubidu-stront jest techniką datowanie tworząc Rock na podstawie pomiaru obecności rubidu i strontu w skale.

Opis techniki

Rubid (Rb) i stront (Sr) to dwa pierwiastki chemiczne najczęściej występujące w śladowych ilościach w skałach. Częściowo zastępują potas dla rubidu i wapń dla strontu. Tak więc minerały bogate w potas są na ogół bogate w rubid, a te bogate w wapń często mają wysoką zawartość strontu. Zdarza się, że stront jest głównym składnikiem niektórych minerałów, w szczególności dotyczy to węglanu strontu o wzorze SrCO 3 ( strontianit ) lub siarczanu strontu SrSO 4 ( celestyt ).

Te dwa pierwiastki istnieją w przyrodzie w postaci kilku izotopów , dwóch dla rubidu, 85 Rb i 87 Rb oraz czterech dla strontu, 84 Sr, 86 Sr, 87 Sr i 88 Sr. Tylko jeden z nich, 87 Rb, jest radioaktywny. Rozpada się na 87 Sr, który jest stabilnym izotopem strontu, podobnie jak pozostałe trzy. Ten rozpad jeden do jednego powoduje emisję elektronu; jest to zatem tak zwana radioaktywność „ β - ”, którą można określić schematycznie za pomocą:

{} _ {{{\ rm {{Z}}}}} ^ {{{\ rm {{A}}}}} {\ rm {{M} \ longrightarrow {} _ {{{\ rm {{Z +1}}}}} ^ {{{\ rm {{A}}}}} {\ rm {{M '} ^ {+} + e ^ {{-}} + {\ bar {\ nu}} _ {{e}} + {\ mathbf {Q}}}}}}

{} _ {{37}} ^ {{87}} {\ rm {{Rb} \ longrightarrow {} _ {{38}} ^ {{87}} {\ rm {{Sr} ^ {+} + e ^ {-} + {\ bar {\ nu}} _ {{e}} + {\ mathbf {Q}}}}}}

87 Rb i 87 Sr to dwie izobary , to znaczy dwa rodzaje atomów o tej samej masie, ale różniące się liczbą protonów. Stwarza to problem w spektrometrii mas, ponieważ spektrometry masowe używane do pomiaru stosunków izotopów Sr mają na ogół niską rozdzielczość (300-400), co nie pozwala na oddzielenie 87 Rb od 87 Sr. Dlatego konieczne jest oddzielenie dwa elementy przed pomiarem spektrometrem mas. Podobnie jak w przypadku metody datowania samarowo-neodymowego (Sm-Nd), zasadniczo konieczne jest rozpuszczenie próbek w celu oddzielenia rubidu i strontu za pomocą chromatografii jonowej. Ten krok jest wykonywany w czystym pomieszczeniu, aby ograniczyć zanieczyszczenie próbki.

Niedawne pojawienie się laserowych spektrometrów mas ze źródłem plazmy (LA-MC-ICPMS, laserowy spektrometr masowy z wielokolektorami do ablacji indukcyjnie sprzężonej plazmą) umożliwia teraz wykonywanie pewnych pomiarów in-situ na wypolerowanej części skały, unikając w ten sposób skomplikowanych faza chemicznego rozpuszczania-separacji, ale ta metoda jest nadal eksperymentalna dla Rb-Sr.

Aby metoda Rb-Sr miała zastosowanie, musi być spełniony szereg warunków, w szczególności:

wszystkie analizowane skały lub minerały musiały wykrystalizować ze wspólnego źródła strontu, tj. początkowe stosunki 87 Sr / 86 Sr są równe.
system musiał pozostawać zamknięty od czasu jego powstania, to znaczy nie stracił ani nie zyskał żadnego rubidu ani strontu. Te wymiany są możliwe, na przykład, gdy skałę przecinają płyny, gdy jest poddawana epizodowi metamorficznemu, a nawet przez wietrzenie powierzchniowe.

Pod koniec krystalizacji skały magmowej każdy składnik mineralny ma zintegrowane różne początkowe ilości czterech izotopów strontu i dwóch izotopów rubidu.

Obecny dziś w skale stront 87 jest zatem sumą strontu 87 obecnego w miejscu powstania skały oraz strontu 87 powstającego w wyniku rozpadu rubidu 87. Syntetycznie można napisać:

${} ^ {{87}} {\ rm {{Sr} {} _ {{current}} = {} ^ {{87}} {\ rm {{Sr} {} _ {{początkowe}} + {} ^ {{87}} {\ rm {{Sr}}}}}}}$

Kiedy radioaktywny izotop rozpada się, zmiana tego izotopu następuje zgodnie z funkcją czasu N (t), która jest zgodna z prawem . To równanie różniczkowe ma do rozwiązania funkcje typu . $N '(t) = - \ lambda N (t) \,$ $N (t) = N_ {0} e ^ {{- \ lambda t}} \,$

$\ lambda \,$ nazywana jest „stałą rozpadu”. Jest to związane z inną stałą charakterystyką tego rozpadu, zwaną „ okresem półtrwania ”, po zakończeniu którego pozostaje tylko połowa izotopu obecnego na początku. $T$

Mamy więc: skąd . ${\ frac {N_ {0}} {2}} = N_ {0} e ^ {{- \ lambda T}}$ $\ lambda = {\ frac {ln (2)} {T}}$

Dla ( 87 Rb / 87 Sr) jest wart około 49 miliardów lat, a zatem 1,397 × 10-11 rok -1 . $T$ ${\ displaystyle \ lambda =}$

Jednakże częściowy zanik początkowej 87 Rb powoduje różnicę: 87 Początkowy Rb - 87 prądu Rb jak i 87 prądu Rb = 87 początkowego Rb e -λt który staje się 87 początkowego Rb = 87 prądu Rb e λt mamy:

${} ^ {{87}} \! Rb _ {{początkowe}} - {} ^ {{{87}} \! Rb _ {{current}} = {} ^ {{87}} \! Rb _ {{ current}} (e ^ {{\ lambda t}} - 1)$

Równanie staje się w ten sposób:

${} ^ {{87}} \! Sr _ {{current}} = {} ^ {{87}} \! Sr _ {{początkowe}} + {} ^ {{87}} \! Rb _ {{ current}} (e ^ {{\ lambda t}} - 1)$

Problem polega na tym, że mamy do czynienia z dwiema niewiadomymi: początkiem 87 Sr it ; jednak mamy tylko jedno równanie ...

Problem ten zostanie rozwiązany sprytnie wiedząc, że stosunek izotopowy 87 Sr początkowy / 86 Sr początkowa jest stała w każdym z tych samych surowców skalnych (nie ma segregacji izotopów ciężkich) oraz, że ilość izotopu 86 Sr (stabilny izotop) nie zmieniać się w czasie.

Dzieląc powyższe równanie przez bieżące 86 Sr, które jest również równe początkowemu 86 Sr , otrzymujemy:

${\ frac {{} ^ {{87}} \! Sr _ {{current}}} {{} ^ {{86}} \! Sr _ {{current}}}} = {\ frac {{} ^ {{87}} \! Sr _ {{początkowe}}} {{} ^ {{86}} \! Sr _ {{current}}}} + ({\ frac {{} ^ {{87}} \ ! Rb _ {{current}}} {{} ^ {{86}} \! Sr _ {{current}}}}) (e ^ {{\ lambda t}} - 1)$

Dwa minerały z tej samej magmy będą miały tę samą początkową zależność l, ale różne proporcje i . ${\ Displaystyle {\ Frac {{} ^ {87} \! Sr_ {początkowe}} {{} ^ {86} \! Sr_ {początkowe}}}}$ ${\ Displaystyle {\ Frac {{} ^ {87} \! Sr_ {bieżący}} {{} ^ {86} \! Sr_ {bieżący}}}}$ ${\ Displaystyle {\ Frac {{} ^ {87} \! Rb_ {bieżący}} {{} ^ {86} \! Sr_ {bieżący}}}}$

Będziemy wtedy mieli dwie niewiadome, ale także tutaj, w tym przypadku, dwa równania ...

Konieczne jest wtedy:

zmierzyć stężenie rubidu i strontu w całej skale i / lub oddzielnych minerałach (muskowit, biotyt ...), co można zrobić na różne sposoby. Metodą ogólnie uważaną za najbardziej wiarygodną jest pomiar stężeń rubidu i strontu przez rozcieńczanie izotopów. W przypadku strontu, jeśli znacznik używany do pomiaru rozcieńczenia izotopowego jest wzbogacony w 84 Sr i dobrze skalibrowany, to pojedynczy pomiar spektrometrem mas daje możliwość uzyskania pomiaru stosunku 87 Sr / 86 Sr i Sr zawartość próbki.
zmierzyć skład izotopowy strontu w skałach ogółem i frakcjach mineralnych
następnie umieść na osi x wartości przekładni 87 Rb prąd / 86 Sr prąd i na osi y umieść wartości przekładni 87 Sr prąd / 86 Sr prąd odpowiadający,
zidentyfikować linię trendu, która wyłania się z chmury punktów,
obliczyć nachylenie „p”
i wreszcie wydedukować wiek skał za pomocą równania . $t = {ln (p + 1)} / \ lambda$

Zobacz też

Powiązany artykuł

Geologia izotopów

Bibliografia

Étienne Roth ( reż. ), Bernard Poty ( reż. ), Jean Bernard-Griffiths et al. (przed . Jean Coulomb ), Metody datowania na podstawie naturalnych zjawisk jądrowych , Paryż, Éditions Masson , coll. „Kolekcja CEA ”,1985, 631 s. ( ISBN 2-225-80674-8 ) , rozdz. 3 („Metoda datowania rubidowo-strontowego”)
Philippe Vidal ( pref. Jean Aubouin), Geochemia , Dunod , coll. "Sup Sciences",1998( 1 st ed. 1994), 190 , str. , rozdz. 4 („Izotopy radiogeniczne”)

Linki zewnętrzne