Рубидий -стронциевый метод датирования (Rb-Sr) — это радиометрический метод датирования, используемый учеными для определения возраста горных пород и минералов по содержанию в них специфических изотопов рубидия ( 87 Rb) и стронция ( 87 Sr, 86 Sr). Один из двух встречающихся в природе изотопов рубидия, 87 Rb, распадается до 87 Sr с периодом полураспада 49,23 миллиарда лет. Радиогенный дочерний элемент 87 Sr, образующийся в этом процессе распада, является единственным из четырех встречающихся в природе изотопов стронция, который не производился исключительно в результате звездного нуклеосинтеза до образования Солнечной системы . С течением времени распад 87 Rb увеличивает количество радиогенного 87 Sr, тогда как количество других изотопов Sr остается неизменным.
Соотношение 87 Sr/ 86 Sr в пробе минерала можно точно измерить с помощью масс-спектрометра. Если можно определить количество изотопов Sr и Rb в образце при его формировании, то возраст можно рассчитать по увеличению содержания 87 Sr/ 86 Sr. Все минералы, кристаллизовавшиеся из одного и того же кремниевого расплава, будут иметь один и тот же исходный 87 Sr. / 86 Sr в качестве родительского расплава. Однако, поскольку Rb заменяет калий в минералах, а эти минералы имеют разные соотношения K /Ca, минералы будут иметь разные исходные соотношения Rb/Sr, и конечное соотношение 87 Sr/ 86 Sr не будет так сильно увеличиваться в минералах с более низким содержанием калия. в руб. Обычно Rb/Sr возрастает в ряду плагиоклаза, роговой обманки, калишпата, биотита, мусковита. Поэтому при наличии достаточного времени для значительного образования (врастания) радиогенного 87 Sr измеренные значения 87 Sr/ 86 Sr в минералах будут разными, увеличиваясь в одном порядке. Таким образом, сравнение различных минералов в образце породы позволяет ученым сделать вывод об исходном соотношении 87 Sr/ 86 Sr и определить возраст породы.
Кроме того, Rb является крайне несовместимым элементом , который при частичном плавлении мантии предпочитает присоединяться к магматическому расплаву, а не оставаться в мантийных минералах. В результате Rb обогащен в породах коры по сравнению с мантией, а содержание 87 Sr/ 86 Sr в породах коры выше, чем в породах мантии. Это позволяет ученым отличать магму , образовавшуюся в результате плавления коры, от магмы, образовавшейся в результате плавления мантийных пород, даже если последующая дифференциация магмы дает схожий общий химический состав. [1] Ученые также могут оценить по 87 Sr/ 86 Sr, когда порода коры впервые образовалась из магмы, извлеченной из мантии, даже если порода впоследствии подверглась метаморфизации или даже расплавилась и перекристаллизовалась. Это дает ключ к разгадке возраста континентов Земли. [2] [3]
Развитию этого процесса способствовали немецкие химики Отто Хан и Фриц Штрассман , которые позже в декабре 1938 года открыли деление ядра .
Например, рассмотрим случай магматической породы , такой как гранит , которая содержит несколько основных минералов, содержащих Sr, включая плагиоклаз, полевой шпат , калиевый полевой шпат , роговую обманку , биотит и мусковит . Каждый из этих минералов имеет различное исходное соотношение рубидий/стронций, зависящее от содержания в них калия, концентрации Rb и K в расплаве и температуры, при которой образовались минералы. Рубидий замещает калий в решетке минералов со скоростью, пропорциональной его концентрации в расплаве.
Идеальный сценарий, согласно серии реакций Боуэна, предполагает, что гранитный расплав начнет кристаллизовать кумулятивную ассоциацию плагиоклаза и роговой обманки (т. е. тоналита или диорита ), которая имеет низкое содержание K (и, следовательно, Rb), но высокое содержание Sr (поскольку он заменяет Ca ), что пропорционально обогащает расплав K и Rb. Затем это приводит к осаждению ортоклаза и биотита, минералов, богатых калием, в которых может замещаться Rb. Полученные в результате соотношения Rb-Sr и содержания Rb и Sr как в породах в целом, так и в составляющих их минералах будут заметно различаться. Это, таким образом, позволяет с разной скоростью выделять радиогенный Sr в отдельных породах и входящих в них минералах с течением времени.
Возраст образца определяется путем анализа нескольких минералов в нескольких подобразцах из разных частей исходного образца. Отношение 87 Sr/ 86 Sr для каждой подвыборки отображается в зависимости от соотношения 87 Rb/ 86 Sr на графике, называемом изохроной . Если они образуют прямую линию, то подвыборки последовательны и возраст, вероятно, надежен. Наклон линии определяет возраст образца.
Учитывая универсальный закон радиоактивного распада и следующий бета-распад рубидия : , получаем выражение, описывающее рост стронция-87 от распада рубидия-87: константу распада рубидия. При этом мы считаем число константой, поскольку оно стабильно и не радиогенно. Следовательно, – уравнение изохроны. После измерения концентрации рубидума и стронция в минерале мы можем легко определить возраст, значение t образца. [4]
Датирование Rb-Sr основано на правильном измерении соотношения Rb-Sr в образце минерала или всей породы, а также на определении точного соотношения 87 Sr/ 86 Sr для образца минерала или всей породы.
Прежде чем Rb-Sr дату можно будет рассматривать как отражающую время внедрения или формирования горной породы, необходимо выполнить несколько предварительных условий.
Одним из основных недостатков (и, наоборот, наиболее важного применения) использования Rb и Sr для получения радиометрической даты является их относительная подвижность, особенно в гидротермальных флюидах. Rb и Sr являются относительно подвижными щелочными элементами и поэтому относительно легко перемещаются горячими, часто карбонизированными гидротермальными флюидами, присутствующими во время метаморфизма или магматизма.
И наоборот, эти флюиды могут метасоматически изменять породу, вводя в породу новые Rb и Sr (обычно во время калиевых изменений или кальциевых ( альбитизаций ) изменений. Затем Rb-Sr можно использовать для изучения измененной минералогии, чтобы датировать время этого изменения, но а не дата образования камня.
Таким образом, определение возраста результата требует изучения метасоматической и термической истории породы, любых метаморфических событий и любых свидетельств движения жидкости. Дата Rb-Sr, которая отличается от других геохронометров, не может быть бесполезной, она может предоставлять данные о событии, которое не отражает возраст образования породы.
Метод Rb-Sr широко используется при датировании земных и лунных пород, а также метеоритов. Если исходное количество Sr известно или может быть экстраполировано, то возраст можно определить путем измерения концентраций Rb и Sr и соотношения 87 Sr/ 86 Sr. Даты указывают истинный возраст минералов только в том случае, если породы впоследствии не подвергались изменениям.
Важная концепция изотопного отслеживания заключается в том, что Sr, полученный из любого минерала в результате реакций выветривания, будет содержать те же 87 Sr/ 86 Sr, что и минерал. Хотя это потенциальный источник ошибок для земных пород, он не имеет значения для лунных пород и метеоритов, поскольку в этих средах не происходит химических реакций выветривания.
Начальные соотношения 87 Sr/ 86 Sr являются полезным инструментом в археологии , криминалистике и палеонтологии , поскольку соотношение 87 Sr/ 86 Sr в скелете, морской раковине или даже глиняном артефакте напрямую сопоставимо с материнскими породами, из которых он был сформирован или на которых он был сформирован. организм жил. Таким образом, измеряя современное соотношение 87 Sr/ 86 Sr (а часто и отношения 143 Nd- 144 Nd) можно измерить геологический отпечаток объекта или скелета, что позволяет определить закономерности миграции.
Стратиграфия изотопов стронция основана на известных изменениях соотношения 87 Sr/ 86 Sr в морской воде с течением времени. [5] Применение изотопной стратиграфии Sr обычно ограничивается образцами карбонатов, для которых кривая Sr в морской воде четко определена. Это хорошо известно для кайнозойской временной шкалы, но из-за плохой сохранности карбонатных толщ в мезозое и ранее это не совсем понятно для более древних последовательностей. В более старых последовательностях диагенетические изменения в сочетании с большей неопределенностью в оценке абсолютного возраста из-за отсутствия перекрытия между другими геохронометрами (например, U-Th ) приводят к большей неопределенности в точной форме кривой изотопа Sr в морской воде. [6]
![{\displaystyle {\ce {^{87}_{37}Rb->[{\beta ^{-}}]~_{38}^{87}Sr~+e^{-}\ +{\bar {\nu }}_{e}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b6eba09521d3696e6810cf558cce4663f8060840)
