Датирование рением-осмием — это форма радиометрического датирования, основанная на бета-распаде изотопа 187 Re до 187 Os . Обычно это происходит с периодом полураспада 41,6 × 10 9 лет, [1] но исследования с использованием полностью ионизованных атомов 187 Re показали, что этот период может уменьшиться всего до 33 лет. [2] И рений, и осмий сильно сидерофильны (любят железо), в то время как Re также халькофильен (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-спектрометрия с отрицательной термической ионизацией ).
Рениево-осмиевое датирование проводится методом изохронного датирования . Изохроны создаются путем анализа нескольких образцов, которые, как полагают, образовались одновременно из общего источника. Изохрона Re–Os отображает соотношение радиогенного 187 Os и нерадиогенного 188 Os в зависимости от отношения исходного изотопа 187 Re к нерадиогенному изотопу 188 Os. Стабильный и относительно распространенный изотоп осмия 188 Os используется для нормализации радиогенного изотопа в изохроне.
Изохрона Re–Os определяется следующим уравнением:
где:
Хорошим примером применения изохронного метода Re–Os является исследование по датировке месторождения золота в шахтерском лагере Витватерсранд , Южная Африка . [3]
Рений и осмий были сильно тугоплавкими и сидерофильными во время первоначальной аккреции Земли, что привело к тому, что оба элемента преимущественно проникли в ядро Земли. Таким образом, эти два элемента должны быть обеднены в силикатной Земле, однако соотношение 187 Os / 188 Os в мантии является хондритическим . [4] Причина этого кажущегося противоречия связана с изменением поведения между Re и Os в событиях частичного плавления. Re имеет тенденцию переходить в фазу расплава (несовместим), тогда как Os остается в твердом остатке (совместим). Это приводит к высокому соотношению Re/Os в океанической коре (образующемуся в результате частичного плавления мантии) и низкому соотношению Re/Os в нижней мантии. В этом отношении чрезвычайно полезна система Re–Os для изучения геохимической эволюции мантийных пород и определения хронологии мантийной дифференциации.
Ксенолиты перидотитов , которые, как полагают, представляют собой образцы верхней мантии, иногда содержат супрахондритовые соотношения изотопов Os. [5] Считается, что это является свидетельством погружения древней базальтовой коры с высоким содержанием Re/Os , которая возвращается обратно в мантию. Такое сочетание радиогенных ( 187 Os , образовавшегося в результате распада 187 Re ) и нерадиогенных расплавов помогает поддержать 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 обеднением Re и показателями плодородия расплава (такими как концентрации таких элементов, как Ca и Al). Второй резервуар имеет хондритовый состав.
Прямое измерение возраста континентальной коры с помощью датирования Re – Os затруднено. Инфильтрация ксенолитов магмой, обычно богатой Re, изменяет истинное соотношение элементов Re/Os. Вместо этого определение возраста модели можно выполнить двумя способами: возраст модели «повторного истощения» или модель «возраста плавления». Первый определяет минимальный возраст события экстракции, предполагая, что элементное отношение Re/Os равно 0 (остатки коматиита имеют Re/Os, равное 0, то есть предполагается, что ксенолит был извлечен из расплава, близкого к коматииту). Последний дает возраст события плавления, выведенный на основании точки, когда прокси-сервер плавления, такой как Al 2 O 3 , равен 0 (древняя субконтинентальная литосфера имеет весовые проценты CaO и Al 2 O 3 в диапазоне от 0 до 2%).
Радиоактивный распад 190 Pt до 186 Os имеет период полураспада 4,83(3)×10 11 лет [7] (что больше возраста Вселенной, поэтому он по существу стабилен). Однако in-situ 187 Os / 188 Os и 186 Os / 188 Os современных магм, связанных с плюмами, демонстрируют одновременное обогащение, что предполагает наличие супрахондритического источника Pt/Os и Re/Os. Поскольку оба родительских изотопа имеют чрезвычайно длительный период полураспада, резервуар, богатый изотопом Os, должен быть очень старым, чтобы дать достаточно времени для образования дочерних изотопов. Эти наблюдения интерпретируются как подтверждающие теорию о том, что архейская субдуцированная кора вернула в мантию расплавы, богатые изотопом Os.
