Rhenium–osmium dating

Rhenium–osmiumdatering är en form av radiometrisk datering baserad på beta-sönderfallet av isotopen ¹⁸⁷ Re till ¹⁸⁷ Os . Detta inträffar normalt med en halveringstid på 41,6 × 10 ⁹ år, men studier med helt joniserade ¹⁸⁷ Re -atomer har funnit att denna kan minska till endast 33 år. Både rhenium och osmium är starkt siderofila (järnälskande), medan Re också är kalkofil (svavelälskande) vilket gör det användbart vid datering av sulfidmalmer som guld- och Cu-Ni-avlagringar.

Denna dateringsmetod är baserad på en isokron beräknad utifrån isotopförhållanden uppmätta med N-TIMS (Negative – Thermal Ionization Mass Spectrometry) .

Rhenium–osmium isokron

Rhenium–osmiumdatering utförs med isokrondateringsmetoden . Isokroner skapas genom att analysera flera prover som tros ha bildats samtidigt från en gemensam källa. Re-Os-isokronen plottar förhållandet mellan radiogena ¹⁸⁷ Os och icke-radiogena ¹⁸⁸ Os mot förhållandet mellan moderisotopen ¹⁸⁷ Re och den icke-radiogena isotopen ¹⁸⁸ Os. Den stabila och relativt rikliga osmiumisotopen ¹⁸⁸ Os används för att normalisera den radiogena isotopen i isokronen.

Re-Os isokron definieras av följande ekvation:

${ \displaystyle \left({\frac {{}^{187}\mathrm {Os} }{{}^{188}\mathrm {Os} }}\right)_{\mathrm {present} }=\left( {\frac {{}^{187}\mathrm {Os} }{{}^{188}\mathrm {Os} }}\right)_{\mathrm {initial} }+\left({\frac {{ }^{187}\mathrm {Re} }{{}^{188}\mathrm {Os} }}\right)\cdot (e^{\lambda t}-1),}$

var:

t är provets ålder,

λ är avklingningskonstanten för ¹⁸⁷ Re,

( e ^{λ t} -1) är lutningen för isokronen som definierar systemets ålder.

Ett bra exempel på en tillämpning av Re-Os isochron-metoden är en studie om dateringen av en guldfyndighet i gruvlägret Witwatersrand , Sydafrika .

Rhenium-osmium isotoputveckling

Rhenium och osmium var starkt eldfasta och siderofila under den första ansamlingen av jorden, vilket fick båda elementen att företrädesvis komma in i jordens kärna. Således borde de två elementen vara utarmade i silikatjorden, men ¹⁸⁷ Os / ¹⁸⁸ Os för manteln är kondritiskt . Orsaken till denna uppenbara motsägelse beror på förändringen i beteende mellan Re och Os i partiella smältningshändelser. Re tenderar att gå in i smältfasen (inkompatibel) medan Os förblir i den fasta återstoden (kompatibel). Detta orsakar höga förhållanden av Re/Os i oceanisk skorpa (som härrör från partiell smältning av mantel) och låga förhållanden av Re/Os i den nedre manteln. I detta avseende är Re–Os-systemet för att studera den geokemiska utvecklingen av mantelbergarter och för att definiera kronologin för manteldifferentiering extremt användbart.

Peridot- xenoliter som tros prova den övre manteln innehåller ibland suprakondritiska Os-isotopförhållanden. Detta tros vara bevis på subducerad forntida hög Re/Os basaltisk skorpa som återvinns tillbaka till manteln. Denna kombination av radiogena ( ¹⁸⁷ Os som skapades genom sönderfall av ¹⁸⁷ Re ) och icke-radiogena smältor hjälper till att stödja teorin om minst två Os-isotopiska reservoarer i manteln. Volymen av båda dessa reservoarer tros vara cirka 5-10% av hela manteln. Den första reservoaren kännetecknas av utarmning av Re och proxies för smältfertilitet (som koncentrationer av element som Ca och Al). Den andra reservoaren har kondritisk sammansättning.

Direkt mätning av kontinentalskorpans ålder genom Re-Os-datering är svårt. Infiltration av xenoliter av deras vanligen re-rika magma förändrar de sanna elementära Re/Os-förhållandena. Istället kan bestämning av modellålder göras på två sätt: "Re depletion"-modellålder eller "melting age"-modellen. Den förra finner minimiåldern för extraktionshändelsen under antagande av att det elementära Re/Os-förhållandet är lika med 0 (komatiitrester har Re/Os på 0, så detta förutsätter att en xenolit extraherades från en nära-komatiitsmälta). Den senare anger åldern för smältningshändelsen som härleds från den punkt då en smältproxy som Al ₂ O ₃ är lika med 0 (forntida subkontinental litosfär har viktprocenter av CaO och Al ₂ O ₃ som sträcker sig från 0 till 2%).

Pt–Re–Os systematik

Det radioaktiva sönderfallet av ¹⁹⁰ Pt till ¹⁸⁶ Os har en halveringstid på 6,5(3)×10 ¹¹ år (vilket är längre än universums ålder, så det är i princip stabilt). Emellertid visar in-situ ¹⁸⁷ Os / ¹⁸⁸ Os och ¹⁸⁶ Os / ¹⁸⁸ Os av moderna plymrelaterade magma samtidig anrikning vilket innebär en källa som är suprakondritisk i Pt/Os och Re/Os. Eftersom båda föräldraisotoperna har extremt långa halveringstider, måste den Os-isotoprika reservoaren vara mycket gammal för att ge tillräckligt med tid för dotterisotoperna att bildas. Dessa observationer tolkas för att stödja teorin att arkeisk subducerad skorpa bidrog med Os-isotoprika smälter tillbaka in i manteln.