Datiranje rubidij-stroncij metodom

Datiranje rubidij-stroncij metodom ili kraće – Rb–Sr datiranje – je radiometrijska tehnika koja se koristi za određivanje starosti stijena i minerala na osnovu količina specifičnih izotopa rubidija (⁸⁷Rb) i stroncija (⁸⁷Sr, ⁸⁶Sr).

Razvoj ovog procesa započeli su njemački hemičari Otto Hahn i Fritz Strassman, koji su kasnije otkrili nuklearnu fisiju, u decembru 1938.

Primjena sistema rubidij-stroncij izotopa temelji se na činjenici da se ⁸⁷Rb (jedan od dva prirodna izotopa rubidija) raspada u ⁸⁷Sr, sa poluživotom od 48,8 milijardi godina. Osim toga, Rb je vrlo nespojiv element tako da je, u toku parcijalnog topljenja Zemljinog omotača, preferirao učešće u magmatskom topljenu, a nema ga u njegovim mineralima. Kao rezultat toga, rubidij se u stijenama kore javlja kao obogaćena komponenta. U ovom procesu raspadanja proizvodi se ⁸⁷Sr, kao produkt radioaktivnog raspadanja radionuklida, koji je proizveden u prethodnim kregovima zvjezdane nukleosinteze pri stvaranju Sunčevog sistema.

Tokom radioaktivnog raspadanja stroncija-87 u prirodni stroncij-86, u datoj geološkoj strukturi, mogu nastati različiti minerali, u veoma različitim omjerima produkta stroncij-86 (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr). Njihova starost može se izračunati mjerenjem odnosa⁸⁷Sr / ⁸⁶Sr, pomoću masene spektrometrije, znajući iznos prisutnog ⁸⁷Sr u formiranim stijenama ili mineralima i izračunavajući iznos ⁸⁷Rb iz mjerenja sadašnjeg Rb i znanja o odnosu težina ⁸⁵Rb / ⁸⁷Rb.

Ako su ovi minerali kristalizirani iz iste silicijske lave, svaki mineral ima isto početno roditeljsko porijeklo⁸⁷ Sr / ⁸⁶Sr. Međutim, zbog toga što je u mineralima rubidija zamjena za K, ovi minerali imaju različite K / Ca koeficijente pa će imali različite odnose Rb/Sr.

Tokom frakcijske kristalizacije, Sr teži da postane koncentriran u plagioklasu, ostavljajući Rb u tečnoj fazi. Dakle, Rb / Sr odnos u preostaloj magmi može se povećati tokom vremena, što u stijenama rezultira u povećanju Rb / Sr odnosa s povećanjem diferencijacije.

Najviši koeficijenti (10 ili više) se javljaju u pegmatitima. Tipski, odnos Rb / Sr povećava se u plagioklasu, amfibolu, ortoklasu, biotitu, moskovitu. Stoga, s obzirom dovoljno vrijeme za značajnu proizvodnju (urastanje) produkta radioaktivnog raspada ⁸⁷Sr; mjereno iznosom ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr će biti drugačije u mineralima, povećavajući se u istom smislu.

Primjer

Naprimjer, u slučaju magmatskih stijena, kao što je granit koji sadrži nekoliko velikih minerala sa sadržajem Sr, uključujući plagioklas feldspat, K-feldspat, amfibol, biotit i moskovit. Svaki od ovih minerala ima različite početne odnose rubidij/stroncij, zavisno od sadržaja kalija, koncentracije Rb i K u lavi i temperature na kojoj se formiraju. Rubidij je zamjena za kalij unutar rešetke minerala po stopi koja je proporcionalna njegove koncentracije u magmi.

Idealan scenarij, prema Bowenovoj seriji reakcija je da se granitna lava počinje kristalizirati kumuliranjem sklopa plagioklasa i amfibola (tj. tonalita ili diorita), sa niskim K (a time i Rb), ali visokim Sr (jer je zamena za Ca), koji proporcionalno obogaćuje stijene u K i Rb. To onda dovodi do stvaranja ortoklasa i biotita, oba bogata kalijevim mineralima, u kojima može zamijeniti Rb, do taloženja. Rezultirajući Rb-Sr odnos te Rb i Sr koncentracije u sveukupnim stijenama i njihovi sastavnim mineralima bit će znatno drugačije. To je, dakle, omogućilo različite stope produkcije radioaktivnih raspaa Sr, evoluirajući odvojeno u stijrnama i njihovim sastavnim mineralima kako vrijeme napreduje.

Proračun starosti

Starosti uzorka se određuje analizom dijelova nekoliko minerala. Odnos ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr za svaki uzorak se određuje usporedbom linija ⁸⁷Rb / ⁸⁶Sr na grafikonu koji se zove izohron. Ako ovi čine pravu liniju onda su uzorci konzistentni, a starost vjerojatno pouzdana. Nagib linije ukazuje na starost uzorka.

Izvori greške

Datiranje Rb-Sr metodom oslanja se na pravilno mjerenje odnosa Rb-Sr u mineralima ili cijelom uzorku stijene, uz izvedeni precizan odnos ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr za mineralni ili cijeli uzorak date stijene.

Prije primjene ovbe tehnike, moraju biti zadovoljeno nekoliko pretpostavki, da bi se rezultati mogli smatrati indikativni za događaje u proteklim vremenima stvaranja stijena.

• Sistem mora ostati zatvoren za difuziju Rb i Sr iz vremena u kojem je stijena formirana ili pala ispod temperature zatvaranja (općenito 650 °C);
• Minerali koji su uzeti iz stijena za procjenu izohronosti treba da su formirani u međusobnoj hemijskoj ravnoteži ili u slučaju sedimenata, deponiranai u isto vrijeme;
• Stijena ne smije biti podvrgnuta bilo kojem metasomatizmu koji je mogao da poremeti Rb-Sr sistem, toplinski ili hemijski.

Jedan od glavnih nedostataka (i, obrnuto, najvažnija korist) materijala sa Rb i Sr za primjenu radiometrijskog datiranja je njihova relativna mobilnost, posebno u hidrotermalnim tečnostima. Rb i Sr su relativno mobilni alkalni elementei i kao takvi su relativno lahko pokretni pri grijanju, često karboniziranih hidrotermalnih fluida koji su prisutni tokom metamorfoze ili magmatskih aktivnosti.

Nasuprot tome, ove tečnosti mogu metasomatski izmijeniti stijene, uvođenjem novih Rb i Sr (uglavnom tokom supstitucija kalijem ili kalcijem (albitizacija). Promjene odnosa Rb-Sr se onda mogu koristiti za izmijenjenu mineralošku analizu puta ove izmjene, ali ne i za određivanje datuma formiranja stijene.

Zato procjena značaja određene starosti zahtijeva proučavanje metasomatske i termičke prošlosti stijena, metamorfnih događaja i svakog dokaza kretanja. Rb-Sr datiranje koje je čak i u suprotnosti sa rezultatima drugih geohronometerijskih metoda ne može biti beskorisno, jer može dati podatke o događajima koji se dešavali u doba formiranja stijena.

Upotreba

Geohronologija

Metod Rb-Sr datiranja koristi se intenzivno u datiranju zemaljskih i mjesečevih stijena i meteorita. Ako je poznat početni iznos od Sr ili se može izdvojiti, starost može se odrediti mjerenjem Rb i Sr koncentracija i odnosa ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr. Dobijena procjena ukazuju na pravu starost minerala samo ako stijene nisu naknadno mijenjane.

Važan koncept u izotopnim tragovima izvedenica Sr iz bilo kojeg minerala prema atmosferskoj reakciji će imati isti omjer ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr kao i mineral. Iako je ovo potencijalni izvor greške za zemaljske stijene, to je nebitno za mjesečeve i meteoritske, jer u takvim okruženjima ne postoje zemaljske atmosferske hemijske reakcije.

Geohemija izotopa

Početni odnos i ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr upotrebljiv su alat u arheologiji, forenzici i paleobiologiji jer ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr skeleta, morskih školjki ili mogućih artefakata, direktno su uporedivi sa izvorom stijena koje su formirane source rocks upon u vrijeme postojanja tih organizama. Dakle, mjerenjem ovodnevnog odnosa ⁸⁷Sr/⁸⁶ (a često i ¹⁴³Nd–¹⁴⁴Nd) može se dobiti „geološke otisak prsta“ nekog objekta ili skeleta, omogućujući utvrđivanje obrazava migracija.

Stratigrafija stroncijskih izotopa

Stratigrafija stroncijskih izotopa omogućava prepoznavanje varijacija u odnosu ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr morske vode tokom vremena. Primjena ove stratigrafije obično je ograničena na karbonatne uzorke za koje je dobro definirana Sr kriva morske vode . Ovo je dobro poznato po kenozojsskoj vremenskoj skali, ali zbog lošijeg očuvanje karbonatnih sekvenci u mezozoiku i ranije, to nije u potpunosti razumljivo za starije sekvence.

U starijim dijagenetskim promjenama sekvenci u kombinaciji sa većom nesigurnosti u procjeni apsolutne starosti zbog nedostatka preklapanja između ostalih geohronometrijskih metoda (naprimjer U-Th) dovodi do veće nesigurnosti u tačanosti oblika krive Sr izotopa morske vode.

Također pogledajte

• Geohronologija
• Apsolutna geohronologija
• Metodi geohronologije

Reference

• Jacobsen, S.B.; Wills, J.; Yin, Q. (1997). Seawater isotope records, crustal evolution, tectonics and atmospheric evolution (PDF). Seventh Annual V.M. Goldschmidt Conference. Tucson, AZ. str. 103–104.
• "Periodic table – strontium". Resources on Isotopes. USGS. januar 2004. Pristupljeno 10. 11. 2016.
• Attendorn, H. -G.; Bowen, Robert (1988). "Rubidium-Strontium Dating". Isotopes in the Earth Sciences. Springer. str. 162–165. ISBN 978-0-412-53710-3.
• Walther, John Victor (2009). "Rubidium-Strontium Systematics". Essentials of geochemistry. Jones & Bartlett Learning. str. 383–385. ISBN 978-0-7637-5922-3.

Vanjski linkovi

• CSIRO Petroleum - Global Sr Seawater Isotope Evolution