Рений-осмий знакомства является формой радиометрического датирования на основе бета - распада в изотопом 187 Re до 187 Os . Обычно это происходит с периодом полураспада 41,6 × 10 9 лет [1], но исследования с использованием полностью ионизированных атомов 187 Re показали, что этот период может уменьшиться только до 33 лет. [2] И рений, и осмий являются сильно сидерофильными (любящими железо), в то время как Re также халькофильным (любит серу), что делает его полезным при датировании сульфидных руд, таких как месторождения золота и Cu-Ni.
Этот метод датирования основан на изохроне, рассчитанной на основе изотопных отношений, измеренных с помощью N-TIMS ( масс-спектрометрии с отрицательной термической ионизацией ).
Рений-осмиевый изохрон
Рений-осмиевое датирование проводится методом изохронного датирования . Изохроны создаются путем анализа нескольких образцов, которые, как считается, сформировались одновременно из общего источника. Изохрона Re-Os отображает отношение радиогенного 187 Os к нерадиогенному 188 Os в зависимости от отношения родительского изотопа 187 Re к нерадиогенному изотопу 188 Os. Стабильный и относительно многочисленный изотоп осмия 188 Os используется для нормализации радиогенного изотопа в изохроне.
Изохрона Re-Os определяется следующим уравнением:
где:
- t - возраст образца,
- λ - постоянная распада 187 Re,
- ( e λ t -1) - наклон изохроны, определяющий возраст системы.
Хорошим примером применения изохронного метода Ре-Ос является исследование датировки месторождения золота в горнодобывающем лагере Витватерсранд , Южная Африка . [3]
Изотопная эволюция рения-осмия
Рений и осмий были сильно тугоплавкими и сидерофильными во время начальной аккреции Земли, что привело к тому, что оба элемента преимущественно попадали в ядро Земли. Таким образом, два элемента должны быть истощены в силикатной Земле, но соотношение 187 Os / 188 Os мантии является хондритовым . [4] Причина этого очевидного противоречия связана с изменением поведения Re и Os в событиях частичного плавления. Re имеет тенденцию попадать в фазу расплава (несовместимо), в то время как Os остается в твердом остатке (совместим). Это обуславливает высокие отношения Re / Os в океанической коре (что является результатом частичного плавления мантии) и низкие отношения Re / Os в нижней мантии. В этом отношении система Re – Os для изучения геохимической эволюции мантийных пород и определения хронологии мантийной дифференциации чрезвычайно полезна.
Ксенолиты перидотитов, которые, как считается, образуют верхнюю мантию, иногда содержат надхондритовые отношения изотопов Os. [5] Считается, что это свидетельство субдуцированной древней базальтовой коры с высоким содержанием Re / Os , которая возвращается обратно в мантию. Эта комбинация радиогенных ( 187 Os , образовавшихся при распаде 187 Re ) и нерадиогенных расплавов помогает поддерживать теорию, по крайней мере, о двух изотопных резервуарах Os в мантии. Считается, что объем обоих этих резервуаров составляет около 5-10% всей мантии. [6] Первый резервуар характеризуется истощением запасов Re и заместителей для плодородия расплава (например, концентраций таких элементов, как Ca и Al). Второй резервуар по составу хондритовый.
Прямое измерение возраста континентальной коры с помощью датирования Re-Os затруднительно. Проникновение в ксенолиты магмы, обычно обогащенной Re-обогащением, изменяет истинное соотношение Re / Os элементов. Вместо этого определение модельного возраста может быть выполнено двумя способами: модельный возраст «повторного истощения» или модель «возраст плавления». Первый определяет минимальный возраст события извлечения при условии, что отношение Re / Os элементов равно 0 (остатки коматиита имеют Re / Os, равное 0, поэтому предполагается, что ксенолит был извлечен из расплава, близкого к коматииту). Последний дает возраст события плавления, выведенный из точки, когда показатель расплава, такой как Al 2 O 3 , равен 0 (в древней субконтинентальной литосфере массовые проценты CaO и Al 2 O 3 варьируются от 0 до 2%).
Систематика Pt – Re – Os
Радиоактивный распад 190 Pt до 186 Os имеет период полураспада 6,5 (3) × 10 11 лет (что больше возраста Вселенной, поэтому он по существу стабилен). Однако in-situ 187 Os / 188 Os и 186 Os / 188 Os современных плюмовых магм демонстрируют одновременное обогащение, что подразумевает надхондритовый источник Pt / Os и Re / Os. Поскольку оба родительских изотопа имеют чрезвычайно длительный период полураспада, резервуар, богатый изотопами Os, должен быть очень старым, чтобы дать достаточно времени для образования дочерних изотопов. Эти наблюдения интерпретируются в поддержку теории, что архейская субдуцированная кора внесла расплавы, богатые изотопами Os, обратно в мантию.
Рекомендации
- ^ Смоляр, Мичиган; Уокер, Р.Дж.; Морган, JW (1996). «Re-Os возрасты железных метеоритов групп IIA, IIIA, IVA, IVB». Наука . 271 (5252): 1099–1102. Bibcode : 1996Sci ... 271.1099S . DOI : 10.1126 / science.271.5252.1099 . S2CID 96376008 .
- ^ Bosch, F .; Faestermann, T .; Friese, J .; Heine, F .; Kienle, P .; Wefers, E .; Zeitelhack, K .; Beckert, K .; и другие. (1996). «Наблюдение связанного β– распада полностью ионизированного 187 Re: 187 Re- 187 Os Космохронометрия». Письма с физическим обзором . 77 (26): 5190–5193. Bibcode : 1996PhRvL..77.5190B . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.77.5190 . PMID 10062738 .
- ^ Кирк, Дж .; Ruiz, J .; Chesley, J .; Walshe, J .; Англия, Г. (2002). «Крупное архейское золото- и корообразующее событие в кратоне Каапваал, Южная Африка». Наука . 297 (5588): 1856–1858. Bibcode : 2002Sci ... 297.1856K . DOI : 10.1126 / science.1075270 . PMID 12228713 . S2CID 37071214 .
- ^ "Справочная база данных EarthRef.org (ERR) - Shirey & Walker 1998" . earthref.org . Проверено 12 апреля 2017 .
- ^ Bizimis, М., Griselin, М., Ласситер, JC, Salters, VJM & Sen, G. (2007). Древняя переработанная мантийная литосфера в Гавайском плюме: изотопные данные осмия / гафния из ксенолитов перидотитовой мантии. Письма о Земле и планетологии.
- ^ «Ограничения на эволюцию мантии из-за изотопного состава 187Os / 188Os архейских ультраосновных пород юга Западной Гренландии (3,8 млрд лет) и Западной Австралии (3,46 млрд лет)» .