Dating med rubidium-strontium

Den dating rubidium-strontium er et dating teknik til dannelse en klippe baseret på målingen af tilstedeværelsen af rubidium og strontium i klippen.

Beskrivelse af teknikken

Rubidium (Rb) og strontium (Sr) er to kemiske grundstoffer, der oftest findes i spormængder i klipper. De erstatter delvist kalium for rubidium og calcium for strontium. Således er mineraler, der er rige på kalium, generelt rige på rubidium, og de, der er rige på calcium, har ofte et højt indhold af strontium. Det sker, at strontium er et væsentligt element i visse mineraler, dette er især tilfældet med strontiumcarbonat med formlen SrCO 3 ( strontianit ) eller strontiumsulfat SrSO 4 ( celestit ).

Disse to grundstoffer findes i naturen i form af flere isotoper , to for rubidium, 85 Rb og 87 Rb og fire for strontium, 84 Sr, 86 Sr, 87 Sr og 88 Sr. Kun en af dem, 87 Rb, er radioaktiv. Det henfalder til 87 Sr, som er en stabil isotop af strontium, ligesom de tre andre er. Dette en-til-en henfald resulterer i udsendelse af en elektron; det er derfor en såkaldt " β - " radioaktivitet, der kan skematiseres ved:

{} _ {{{\ 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 og 87 Sr er to isobarer , det vil sige to atomarter, der har samme massetal, men som adskiller sig i antal protoner. Dette udgør et problem i massespektrometri, fordi massespektrometre anvendt til måling af isotopforholdet mellem Sr generelt har en lav opløsning (300-400), som ikke tillader at adskille 87 Rb fra 87 Sr. Det er derfor vigtigt at adskille de to elementer før måling med massespektrometeret. Som med dateringsmetoden samarium-neodym (Sm-Nd) er det generelt nødvendigt at opløse prøverne for at adskille rubidium og strontium ved ionchromatografi. Dette trin udføres i et rent rum for at begrænse prøveforurening.

Den nylige fremkomst af laserkoblede plasmakildemassespektrometre (LA-MC-ICPMS, Laser Ablation Multicollector Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer) gør det nu muligt at udføre bestemte in-situ målinger på en poleret sektion af sten og dermed undgå komplekset fase af kemisk opløsningsseparation, men denne metode er stadig eksperimentel for Rb-Sr.

Et bestemt antal betingelser skal være opfyldt for at Rb-Sr-metoden kan anvendes, især:

alle de analyserede klipper eller mineraler skal have krystalliseret fra en fælles strontiumkilde, dvs. de indledende 87 Sr / 86 Sr- forhold er ens.
systemet skal have været lukket siden dets dannelse, dvs. det har ikke mistet eller fået noget rubidium eller strontium. Disse udvekslinger er for eksempel mulige, hvis klippen krydses af væsker, når den udsættes for en metamorf episode eller endda ved overfladeforvitring.

Ved afslutningen af krystalliseringen af en magmatisk klippe har hvert indgående mineral inkorporeret forskellige indledende mængder af de fire isotoper af strontium og de to af rubidium.

Strontium 87, der er til stede i dag i en klippe, er derfor summen af strontium 87, der er til stede ved oprindelsen, ved dannelsen af klippen og af strontium 87, der er produceret ved opløsning af rubidium 87. Vi kan skrive på en syntetisk måde:

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

Når en radioaktiv isotop henfalder, følger variationen af denne isotop en funktion af tiden N (t), som adlyder loven . Denne differentialligning har til løsning funktionerne af typen . $N '(t) = - \ lambda N (t) \,$ $N (t) = N_ {0} e ^ {{- \ lambda t}} \,$

$\ lambda \,$ kaldes "henfaldskonstanten". Det er knyttet til en anden konstant egenskab ved denne opløsning, kaldet " halveringstid ", hvor tiden i slutningen kun er halvdelen af den isotop, der er til stede i starten, tilbage. $T$

Så vi har: hvorfra . ${\ frac {N_ {0}} {2}} = N_ {0} e ^ {{- \ lambda T}}$ $\ lambda = {\ frac {ln (2)} {T}}$

For ( 87 Rb / 87 Sr) er værd at være omkring 49 milliarder år og derfor 1,397 × 10 −11 år −1 . $T$ ${\ displaystyle \ lambda =}$

Imidlertid resulterer det delvise henfald af initial 87 Rb i forskellen: 87 initial Rb - 87 strøm Rb og som 87 strøm Rb = 87 initial Rb e -λt, der bliver 87 initial Rb = 87 strøm Rb e λt , har vi:

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

Ligningen bliver således:

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

Problemet er, at vi står over for to ukendte: 87 Sr initial og t; dog har vi kun en ligning ...

Dette problem vil blive løst klogt, velvidende at isotopforholdet 87 Sr initial / 86 Sr initial er konstant i alle de samme stenmineraler (der er ingen adskillelse af tunge isotoper), og at mængden af isotop 86 Sr (stabil isotop) ikke varierer over tid.

Ved at dividere ovenstående ligning med den aktuelle 86 Sr, som også er lig med den oprindelige 86 Sr , får vi:

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

To mineraler fra samme magma vil præsentere det samme indledende forhold l, men forskellige forhold og . ${\ displaystyle {\ frac {{} ^ {87} \! Sr_ {initial}} {{} ^ {86} \! Sr_ {initial}}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {{} ^ {87} \! Sr_ {nuværende}} {{} ^ {86} \! Sr_ {nuværende}}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {{} ^ {87} \! Rb_ {nuværende}} {{} ^ {86} \! Sr_ {nuværende}}}}$

Vi vil så have to ukendte, men også her, i dette tilfælde to ligninger ...

Det er derefter nødvendigt:

måle koncentrationerne af rubidium og strontium i total sten og / eller separate mineraler (muskovit, biotit ...), som kan udføres på forskellige måder. Metoden, der generelt betragtes som den mest pålidelige, er måling af rubidium- og strontiumkoncentrationer ved isotopfortynding. I tilfælde af strontium, hvis sporstof anvendt til måling af isotopisk fortynding er beriget i 84 Sr og godt kalibreret, gør en enkelt måling med massespektrometeret det muligt at opnå måling af 87 Sr / 86 Sr- forholdet og Sr indholdet af prøven.
måle den isotopiske sammensætning af strontium i samlede sten og mineraler
placer derefter værdierne på forholdene 87 Rb strøm / 86 Sr strøm på x-aksen og placer værdierne på forholdene 87 Sr strøm / 86 Sr strøm på y-aksen ,
at identificere den trendlinje, der kommer ud af skyen af punkter,
beregne hældningen "p"
og til sidst at udlede klippernes alder ved ligningen . $t = {ln (p + 1)} / \ lambda$

Se også

Relateret artikel

Isotopgeologi

Bibliografi

Étienne Roth ( dir. ), Bernard Poty ( dir. ), Jean Bernard-Griffiths et al. ( præ. Jean Coulomb ), Metoder til datering af naturlige nukleare fænomener , Paris, Éditions Masson , koll. " CEA Collection ",1985, 631 s. ( ISBN 2-225-80674-8 ) , kap. 3 ("Rubidium-strontium-dateringsmetoden")
Philippe Vidal ( præ. Jean Aubouin), Geokemi , Dunod , koll. "Sup Sciences",1998( 1 st ed. 1994), 190 s. , kap. 4 ("radiogene isotoper")

eksterne links