Rb/Sr metoda datiranja

Rubidij je alkalijski element i sličnog je ionskog radijusa kao kalij što mu omogućuje ionsku zamjenu u kalijevim mineralima (pr. muskovit, biotit, K-feldspati, silvit, karnalit, neki minerali glina). Kako je K čest element u kiselijim magmatskim stijenama (većeg je ionskog radijusa i stoga je inkompatibilan element – ulazi u kristalne rešetke minerala u zadnjim fazama kristalizacije), time je i koncentracija Rb u takvim stijenama veća.
Stroncij pripada zemnoalkalijskim elementima i ionski radijus mu je neznatno veći od radijusa kalcija, što omogućava ionske zamjene u Ca-mineralima (pr. plagioklasi, apatit, Ca-karbonati). Zato je u bazičnim magmatskim stijenama koncentracija Sr veća nego u kiselijim (Ca je dvovalentan i manjeg radijusa pa lakše ulazi u rešetku minerala (pr. plagioklasa).[1]

Dva su prirodna izotopa rubidija: 85Rb i 87Rb, a stroncij ima četiri stabilna izotopa: 88Sr, 87Sr, 86Sr, 84Sr.

87Rb je radioaktivan i raspada se uslijed beta raspada na stabilni 87Sr uz emisiju negativnih beta čestica, antineutrina i oslobađanja energije:

raspad Rb na Sr

Porast koncentracije radiogenog 87Sr na račun 87Rb može se prikazati jednadžbom:

Screenshot_1

gdje je 87Sr broj atoma 87Sr u vremenu t; 87Sr0 početna vrijednost 87Sr u trenutku formiranja stijene;
87Rb broj atoma 87Rb u vremenu t; t starost minerala; λ konstanta raspada.

Ako svaki član u prethodnoj jednadžbi podijelimo sa stabilnim izotopom stroncija 86Sr, dobijemo jednadžbu koja je osnova za određivanje starosti materija Rb-Sr metodom:

jednadžba za izokronu Rb-Sr

a jednadžba vrijedi samo ako je sav 87Sr nastao radioaktivnim raspadom 87Rb, odnosno mineral mora biti zatvoreni sustav za Rb i Sr – nije došlo do njihova gubitka ili dodavanja nakon nastanka minerala. Ukupni (87Sr/86Sr) određuje se u mineralu bogatom na K, dok se početna vrijednost (87Sr/86Sr)0 određuje u mineralu bez K (pr. apatit).

Početna vrijednost Sr izotopa daje informacije o izvorištu magme. Analizom meteorita određen je primarni izotopni sastav Sr u trenutku formiranja planeta – 0,69897. Ta vrijednost poznata je kao BABI (basaltic achondrite best initial) i uzima se kao inicijalna vrijednost Sr izotopa solarne nebule, odnosno vrlo ranog stadija formiranja planetarnih tijela. Taj odnos se mijenjao milijunima godina uslijed diferencijacije Zemlje i radioaktivnog raspada Rb na Sr. Niže vrijednosti imaju oceanski toleiti srednjeoceanskih grebena (0,70280), nešto više otočni lukovi (0,70437), dok kontinenti imaju najviše vrijednosti (0,70577) – zato što kontinentalna kora predstavlja zadnji stadij diferencijacije magme i stoga sadrži više Rb koji se raspada na Sr pa je omjer 87Sr/86Sr viši.

METODA IZOKRONE
Pri određivanju starosti magmatskih stijena Rb-Sr metodom datiranja, koristi se metoda izokrone kod koje je gornja jednadžba:

jednadžba za izokronu Rb-Sr

predstavljena jednadžbom pravca y = b + mx, gdje vrijedi da je y ukupni omjer 87Sr/86Sr, b početna vrijednost Sr izotopa (87Sr/86Sr)0 određena presjecištem pravca s osi y, m nagib pravca (m = eλt – 1 = tgα), x vrijednost 87Rb/86Sr.
Raspadom Rb povećava se omjer 87Sr/86Sr, a smanjuje 87Rb/86Sr. Što je nagib izokrone veći, time je starost materijala veća. Početna vrijednost Sr izotopa je konstantna za sve komagmatske stijene, odnosno stijene koje su nastale iz iste magme uslijed frakcijske kristalizacije.

primjer izokrone Rb-Sr

DATIRANJE METAMORFNIH STIJENA

Tijekom metamorfizma narušava se odnos radioaktivnih izotopa i njihovih kćeri-izotopa, odnosno narušava se omjer Rb/Sr. Pri datiranju metamorfnih stijena Rb/Sr metodom 87Sr smatra se mobilnom komponentom, dok se ukupne koncentracije Rb i Sr u stijeni uzimaju za konstantne vrijednosti.

 

izokrona metamorfnih stijena Rb-Sr

Slika prikazuje utjecaj termalnog metamorfizma na stijene R1, R2 i R3 i mineral M2 koji je izdvojen iz stijene R2. Stijene i minerali u trenutku kristalizacije t = 0 leže na izokroni čiji je nagib 0 – paralelna je s osi x. Nakon nekog vremena ti, stijene postaju zatvoreni sustav za Rb i Sr, te se povećava udio 87Sr i raste nagib izokrone (zbog raspada 87Rb). Starost stijena, odnosno vrijeme proteklo od kristalizacije predstavlja ti.
Nakon vremena ti – tm stijene su podvrgnute termalnom metamorfizmu. Cijelostijenski uzorci R1, R2 i R3 ostaju zatvoreni sustavi, dok minerali M2 izmijenjuju radiogeni 87Sr dok njihova početna vrijednost ne bude jednaka kao kod stijene R2 – odnosno dolazi do homogenizacije izotopa Sr na vrijednost Sr u stijeni R2. Sada mineral M2 leži na novoj izokroni nagiba 0 (paralelna s osi x). Početna vrijednost Sr izotopa (87Sr/86Sr)m sada je viša od (87Sr/86Sr)i jer u međuvremenu raste koncentracija Sr na račun raspada Rb. Nakon prestanka metamorfizma, minerali su sada zatvoreni sustav i nastavlja se raspad Rb na Sr te time raste nagib nove izokrone kojoj odgovara starost tm što predstavlja starost metamorfizma.
Ako analiziramo set stijena, one će nam dati starost kristalizacije, a ukoliko analiziramo set minerala dobit ćemo starost metamorizma.

 

Korišteni izvori   [ + ]

1. Faure, G. (1977): Priciples of isotope geology. John Wiley & Sons, New York, XII+464.

Da li vam je ovaj članak pomogao?

Povezane objave

Ostavi svoj komentar…