Rubidium-Strontium-Datierung

Die Datierung von Rubidium-Strontium ist eine Datierungstechnik zur Bildung eines Gesteins, die auf der Messung des Vorhandenseins von Rubidium und Strontium im Gestein basiert .

Beschreibung der Technik

Rubidium (Rb) und Strontium (Sr) sind zwei chemische Elemente, die am häufigsten in Spuren in Gesteinen vorkommen. Sie ersetzen teilweise Kalium für Rubidium und Kalzium für Strontium. Kaliumreiche Mineralien sind daher im Allgemeinen reich an Rubidium, und kalziumreiche Mineralien weisen häufig einen hohen Strontiumgehalt auf. Es kommt vor, dass Strontium ein Hauptelement bestimmter Mineralien ist, dies ist insbesondere bei Strontiumcarbonat der Formel SrCO 3 ( Strontianit ) oder bei Strontiumsulfat SrSO 4 ( Celestit ) der Fall .

Diese beiden Elemente existieren in der Natur in Form mehrerer Isotope , zwei für Rubidium, 85 Rb und 87 Rb und vier für Strontium, 84 Sr, 86 Sr, 87 Sr und 88 Sr. Nur eines von ihnen, 87 Rb, ist radioaktiv. Es zerfällt in 87 Sr, das wie die anderen drei ein stabiles Strontiumisotop ist. Dieser Eins-zu-Eins- Zerfall führt zur Emission eines Elektrons; Es handelt sich also um eine sogenannte " β - " - Radioaktivität , die schematisiert werden kann durch:

{} _ {{{\ 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 und 87 Sr sind zwei Isobaren , dh zwei Atomspezies mit der gleichen Massenzahl, die sich jedoch in der Anzahl der Protonen unterscheiden. Dies stellt ein Problem in der Massenspektrometrie dar, da die zur Messung der Isotopenverhältnisse von Sr verwendeten Massenspektrometer im Allgemeinen eine niedrige Auflösung (300-400) haben, die es nicht erlaubt, 87 Rb von 87 Sr zu trennen. Es ist daher wesentlich, sich zu trennen die beiden Elemente vor der Messung mit dem Massenspektrometer. Wie bei der Samarium-Neodym (Sm-Nd) -Datierungsmethode ist es im Allgemeinen erforderlich, die Proben aufzulösen, um Rubidium und Strontium durch Ionenchromatographie zu trennen. Dieser Schritt wird in einem Reinraum durchgeführt, um die Kontamination der Probe zu begrenzen.

Das jüngste Aufkommen von laserkoppelten Plasmaquellen-Massenspektrometern (LA-MC-ICPMS, Laserablations-Multikollektor-Massenspektrometer mit induktiv gekoppeltem Plasma) ermöglicht es nun, bestimmte In-situ-Messungen an einem polierten Gesteinsabschnitt durchzuführen und so den Komplex zu vermeiden Phase der chemischen Auflösungstrennung, aber diese Methode ist noch experimentell für Rb-Sr.

Eine bestimmte Anzahl von Bedingungen muss erfüllt sein, damit die Rb-Sr-Methode anwendbar ist, insbesondere:

Alle analysierten Gesteine oder Mineralien müssen aus einer gemeinsamen Strontiumquelle kristallisiert sein, d. h. die anfänglichen 87 Sr / 86 Sr- Verhältnisse sind gleich.
Das System muss seit seiner Bildung geschlossen geblieben sein, dh es hat kein Rubidium oder Strontium verloren oder gewonnen. Dieser Austausch ist beispielsweise möglich, wenn das Gestein von Flüssigkeiten durchquert wird, wenn es einer metamorphen Episode ausgesetzt ist oder sogar durch Oberflächenverwitterung.

Am Ende der Kristallisation eines magmatischen Gesteins hat jedes Mineralbestandteil unterschiedliche Anfangsmengen der vier Strontiumisotope und der Rubidiumisotope integriert.

Das Strontium 87, das heute in einem Gestein vorhanden ist, ist daher die Summe des Strontiums 87, das am Ursprung, bei der Bildung des Gesteins und des Strontiums 87 vorhanden ist, das durch den Zerfall des Rubidiums 87 erzeugt wird. Wir können auf synthetische Weise schreiben:

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

Wenn ein radioaktives Isotop zerfällt, folgt die Variation dieses Isotops einer Funktion der Zeit N (t), die dem Gesetz folgt . Diese Differentialgleichung hat zur Lösung die Funktionen des Typs . $N '(t) = - \ Lambda N (t) \,$ $N (t) = N_ {0} e ^ {{- \ lambda t}} \,$

$\ lambda \,$ wird die "Zerfallskonstante" genannt. Es ist mit einem anderen konstanten Merkmal dieser Auflösung verbunden, das als " Halbwertszeit " bezeichnet wird. Die Zeit, an deren Ende nur die Hälfte des zu Beginn vorhandenen Isotops übrig bleibt. $T.$

Also haben wir: von wo . ${\ frac {N_ {0}} {2}} = N_ {0} e ^ {{- \ lambda T}}$ $\ lambda = {\ frac {ln (2)} {T}}$

Für die ( 87 Rb / 87 Sr) ist etwa 49 Milliarden Jahre wert und damit 1,397 × 10 −11 Jahr −1 . $T.$ ${\ displaystyle \ lambda =}$

Allerdings ist der Teil Zerfall von anfänglichen 87 Rb ergeben die Differenz: 87 Anfänge Rb - 87 Strom Rb und als 87 Strom Rb = 87 Anfänge Rb e -λt die wird 87 Anfänge Rb = 87 Strom Rb e & lgr; t , die wir haben:

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

Die Gleichung lautet also:

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

Das Problem ist, dass wir mit zwei Unbekannten konfrontiert sind: 87 Sr initial und t; Wir haben jedoch nur eine Gleichung ...

Dieses Problem wird geschickt gelöst, wenn man weiß, dass das Isotopenverhältnis 87 Sr initial / 86 Sr initial in allen gleichen Gesteinsmineralien konstant ist (es gibt keine Entmischung schwerer Isotope) und die Menge an Isotop 86 Sr (stabiles Isotop) nicht variieren im Laufe der Zeit.

Durch Teilen der obigen Gleichung durch den Strom 86 Sr, der ebenfalls gleich dem anfänglichen 86 Sr ist , erhalten wir:

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

Zwei Mineralien aus dem gleichen Magma präsentieren den gleichen ersten Bericht der aber Berichte und andere. ${\ displaystyle {\ frac {{} ^ {87} \! Sr_ {initial}} {{} ^ {86} \! Sr_ {initial}}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {{} ^ {87} \! Sr_ {current}} {{} ^ {86} \! Sr_ {current}}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {{} ^ {87} \! Rb_ {current}} {{} ^ {86} \! Sr_ {current}}}}$

Wir werden dann zwei Unbekannte haben, aber auch hier, in diesem Fall zwei Gleichungen ...

Es ist dann notwendig:

Messen Sie die Konzentrationen von Rubidium und Strontium im Gesamtgestein und / oder in getrennten Mineralien (Muskovit, Biotit ...), was auf verschiedene Arten erfolgen kann. Die Methode, die allgemein als die zuverlässigste angesehen wird, ist die Messung der Konzentrationen von Rubidium und Strontium durch Isotopenverdünnung. Im Fall von Strontium, wenn der zur Messung der Isotopenverdünnung verwendete Tracer mit 84 Sr angereichert und gut kalibriert ist, ermöglicht eine einzelne Messung mit dem Massenspektrometer die Messung des 87 Sr / 86 Sr- Verhältnisses und des Sr-Gehalts der Probe.
Messen Sie die Isotopenzusammensetzung von Strontium in Gesamtgestein (en) und Mineralfraktionen
dann platzieren Sie auf der x-Achse die Werte der Verhältnisse 87 Rb Strom / 86 Sr Strom und platzieren Sie auf der y-Achse die Werte der Verhältnisse 87 Sr Strom / 86 Sr Strom entsprechend,
um die Trendlinie zu identifizieren, die aus der Punktwolke hervorgeht,
Berechnen Sie die Steigung "p"
und schließlich das Alter der Felsen durch die Gleichung abzuleiten . $t = {ln (p + 1)} / \ lambda$

Siehe auch

In Verbindung stehender Artikel

Isotopengeologie

Literaturverzeichnis

Étienne Roth ( Regie ), Bernard Poty ( Regie ), Jean Bernard-Griffiths et al. ( Präf. Jean Coulomb ), Datierungsmethoden nach natürlichen Kernphänomenen , Paris, Éditions Masson , Slg. " CEA Collection ",1985631 p. ( ISBN 2-225-80674-8 ) , Kap. 3 ("Die Rubidium-Strontium-Datierungsmethode")
Philippe Vidal ( Präf. Jean Aubouin), Geochemistry , Dunod , Slg. "Sup Sciences",1998( 1 st ed. 1994), 190 p. , Kap. 4 ("Radiogene Isotope")

Externe Links