Datare rubidiu-stronțiu

Datare rubidiu-stronțiu este o tehnică datând de formare a unei rocă bazată pe măsurarea prezenței rubidiu și stronțiu în stâncă.

Descrierea tehnicii

Rubidiul (Rb) și stronțiul (Sr) sunt două elemente chimice cel mai adesea găsite în urme în roci. Ele înlocuiesc parțial potasiul pentru rubidiu și calciul pentru stronțiu. Astfel, mineralele bogate în potasiu sunt în general bogate în rubidiu, iar cele bogate în calciu au adesea un conținut ridicat de stronțiu. Se întâmplă ca strontiu este un element major al anumitor minerale, acesta este cazul , în special , de carbonat de stronțiu cu formula SrCO 3 ( stronțianit ) sau de stronțiu sulfat SrSO 4 ( celestite ).

Aceste două elemente există în natură sub forma mai multor izotopi , două pentru rubidiu, 85 Rb și 87 Rb și patru pentru stronțiu, 84 Sr, 86 Sr, 87 Sr și 88 Sr. Numai unul dintre ele, 87 Rb, este radioactiv. Se descompune în 87 Sr, care este un izotop stabil al stronțiului, așa cum sunt, în plus, celelalte trei. Această descompunere unu la unu are ca rezultat emisia unui electron; este așadar o așa-numită radioactivitate „ β - ” care poate fi schematizată de:

{} _ {{\ 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 și 87 Sr sunt două izobare , adică două specii atomice având același număr de masă, dar diferind prin numărul lor de protoni. Acest lucru pune o problemă în spectrometria de masă, deoarece spectrometrele de masă utilizate pentru măsurarea raporturilor izotopice ale Sr au, în general, o rezoluție mică (300-400), ceea ce nu permite separarea 87 Rb de 87 Sr. Prin urmare, este esențial să separați cele două elemente înainte de măsurare cu spectrometrul de masă. Ca și în cazul metodei de datare samariu-neodim (Sm-Nd), este în general necesară dizolvarea probelor pentru a separa rubidiul și stronțiul prin cromatografie ionică. Acest pas se efectuează într-o cameră curată pentru a limita contaminarea probei.

Apariția recentă a spectrometrelor de masă cu sursă de plasmă cuplate cu laser (LA-MC-ICPMS, Spectrometru de masă cu plasmă cu cuplare inductivă cu multicolector cu ablație laser) face acum posibilă efectuarea anumitor măsurători in situ pe o secțiune lustruită de rocă, evitând astfel complexul fază de dizolvare-separare chimică, dar această metodă este încă experimentală pentru Rb-Sr.

Un anumit număr de condiții trebuie îndeplinite pentru ca metoda Rb-Sr să fie aplicabilă, în special:

toate rocile sau mineralele analizate trebuie să fi cristalizat dintr-o sursă comună de stronțiu, adică raporturile inițiale 87 Sr / 86 Sr sunt egale.
sistemul trebuie să fi rămas închis de la formarea sa, adică nu a pierdut sau a câștigat niciun rubidiu sau stronțiu. Aceste schimburi sunt posibile, de exemplu, dacă roca este traversată de fluide, atunci când este supusă unui episod metamorfic sau chiar de intemperii de suprafață.

La sfârșitul cristalizării unei roci magmatice, fiecare mineral constituent a integrat cantități inițiale diferite ale celor patru izotopi de stronțiu și cei doi de rubidiu.

Stronțiul 87 prezent astăzi într-o rocă este, prin urmare, suma stronțiului 87 prezent la origine, la formarea rocii și a stronțiului 87 produs de dezintegrarea rubidiului 87. Putem scrie într-un mod sintetic:

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

Când un izotop radioactiv se descompune, variația acestui izotop urmează o funcție a timpului N (t) care respectă legea . Această ecuație diferențială are pentru soluția sa funcțiile tipului . $N '(t) = - \ lambda N (t) \,$ $N (t) = N_ {0} e ^ {{- \ lambda t}} \,$

$\ lambda \,$ se numește „constanta de descompunere”. Este legat de o altă caracteristică constantă a acestei dezintegrări, numită „ timp de înjumătățire ”, timp la sfârșitul căruia rămâne doar jumătate din izotopul prezent la început. $T$

Deci avem: de unde . ${\ frac {N_ {0}} {2}} = N_ {0} e ^ {{- \ lambda T}}$ $\ lambda = {\ frac {ln (2)} {T}}$

Pentru ( 87 Rb / 87 Sr), valorează aproximativ 49 de miliarde de ani și, prin urmare, 1,397 × 10 −11 an −1 . $T$ ${\ displaystyle \ lambda =}$

Cu toate acestea, descompunerea parțială a inițiale 87 Rb determină diferența: 87 inițială Rb - 87 curent Rb și ca 87 curent Rb = 87 inițial Rb e -λt care devine 87 inițial Rb = 87 curent Rb e λt , avem:

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

Ecuația devine astfel:

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

Problema este că ne confruntăm cu două necunoscute: 87 Sr initial și t; cu toate acestea, avem doar o ecuație ...

Această problemă va fi rezolvată inteligent știind că raportul izotopic 87 Sr inițial / 86 Sr inițial este constant în toate aceleași minerale de rocă (nu există segregarea izotopilor grei) și că cantitatea de izotop 86 Sr (izotop stabil) nu variază în timp.

Prin împărțirea ecuației de mai sus la 86 Sr curent, care este, de asemenea, egal cu 86 Sr inițial , obținem:

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

Două minerale din aceeași magma prezintă același raport inițial dar rapoartele și diferite. ${\ displaystyle {\ frac {{} ^ {87} \! Sr_ {initial}} {{} ^ {86} \! Sr_ {initial}}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {{} ^ {87} \! Sr_ {current}} {{} ^ {86} \! Sr_ {current}}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {{} ^ {87} \! Rb_ {current}} {{} ^ {86} \! Sr_ {current}}}}$

Vom avea apoi două necunoscute, dar și aici, în acest caz, două ecuații ...

Atunci este necesar:

măsurați concentrațiile de rubidiu și stronțiu în roca totală și / sau minerale separate (moscovită, biotită ...) care se pot face în moduri diferite. Metoda considerată în general cea mai fiabilă este măsurarea concentrațiilor de rubidiu și stronțiu prin diluarea izotopului. În cazul stronțiului, dacă trasorul utilizat pentru măsurarea diluției izotopice este îmbogățit în 84 Sr și bine calibrat, o singură măsurare cu spectrometrul de masă face posibilă obținerea măsurării raportului 87 Sr / 86 Sr și a Sr conținutul eșantionului.
măsurați compoziția izotopică a stronțiului în roci totale și fracțiuni minerale
apoi puneți pe axa x valorile raporturilor 87 Rb curent / 86 Sr curent și așezați pe axa y valorile raporturilor 87 Sr curent / 86 Sr curent corespunzător,
pentru a identifica linia de tendință care apare din norul de puncte,
calculați panta „p”
și în cele din urmă pentru a deduce vârsta rocilor prin ecuație . $t = {ln (p + 1)} / \ lambda$

Vezi și tu

Articol asociat

Geologia izotopică

Bibliografie

Étienne Roth ( dir. ), Bernard Poty ( dir. ), Jean Bernard-Griffiths și colab. ( pref. Jean Coulomb ), Metode de datare prin fenomene nucleare naturale , Paris, Éditions Masson , col. „Colecția CEA ”,1985, 631 p. ( ISBN 2-225-80674-8 ) , cap. 3 („Metoda de datare rubidiu-stronțiu”)
Philippe Vidal ( pref. Jean Aubouin), Geochimie , Dunod , col. „Științe Sup”,1998( 1 st ed. 1994), 190 p. , cap. 4 ("Izotopi radiogeni")

linkuri externe