Изохронные знакомства - Isochron dating

Изохронный график радиогенного дочернего изотопа (D *) против родительского изотопа (P), все нормализованные на стабильный изотоп дочернего элемента (D_ссылка). Он демонстрирует изотопную эволюцию при старении образца от t₀ к т₁ к т₂.

Изохронные знакомства это распространенный метод радиометрическое датирование и применяется для датирования определенных событий, таких как кристаллизация, метаморфизм, шоковые события и дифференциация расплавов-предшественников в истории горные породы. Изохронное датирование можно далее разделить на минеральное изохронное датирование и Изохронное датирование всей породы; оба метода часто применяются для датирования земных и внеземных горных пород (метеориты ). Преимущество изохронного датирования по сравнению с простыми методами радиометрического датирования заключается в том, что не требуется никаких предположений о первоначальном количестве дочерей. нуклид в радиоактивный распад последовательность. Действительно, начальное количество дочернего продукта можно определить с помощью изохронного датирования. Этот метод можно применять, если дочерний элемент имеет хотя бы один стабильный изотоп кроме дочернего изотопа, на который распадается родительский нуклид.^[1][2][3]

Основа для метода

Все формы изохронного датирования предполагают, что источник породы или горных пород содержал неизвестное количество обоих радиогенный и нерадиогенные изотопы дочернего элемента вместе с некоторым количеством родительского нуклида. Таким образом, в момент кристаллизации отношение концентрации радиогенного изотопа дочернего элемента к концентрации нерадиогенного изотопа является некоторым значением, не зависящим от концентрации исходного. Со временем часть родительского изотопа распадается на радиогенный изотоп дочернего, увеличивая отношение концентрации радиогенного изотопа к концентрации дочернего изотопа. Чем выше исходная концентрация родительского, тем выше будет концентрация дочернего радиогенного изотопа в определенный момент времени. Таким образом, отношение дочернего к нерадиогенному изотопу со временем будет увеличиваться, а соотношение родительского и дочернего изотопа станет меньше. Для горных пород, которые начинаются с небольшой концентрации родительского элемента, соотношение дочерних / нерадиогенных элементов не будет быстро меняться по сравнению с породами, начинающимися с высокой концентрации родительского элемента.

Предположения

Изохронная диаграмма даст действительный возраст, только если все образцы когенетический, что означает, что у них есть тот же исходный изотопный состав (т. е. породы из одной толщи, минералы из одной породы и т. д.), все образцы имеют одинаковый исходный изотопный состав (при t₀), а система осталась закрыто.

Графики изохрон

Математическое выражение, из которого получена изохрона:^[4][5]

${\displaystyle {\mathrm {D*} }={\mathrm {D} }_{\mathrm {0} }+\mathrm {n} \cdot (e^{\lambda t}-1),}$

куда

т возраст образца,

D* - количество атомов дочернего радиогенного изотопа в образце,

D₀ - количество атомов дочернего изотопа в исходном или исходном составе,

n - количество атомов родительского изотопа в образце в настоящее время,

λ это постоянная распада родительского изотопа, равный обратному радиоактивному период полураспада родительского изотопа^[6] умножить на натуральный логарифм 2, и

(е^λт-1) - наклон изохроны, определяющий возраст системы.

Поскольку изотопы измеряются масс-спектрометрии вместо абсолютных концентраций используются соотношения, поскольку масс-спектрометры обычно измеряют первые, а не вторые. (См. Раздел о соотношение изотопов масс-спектрометрия.) Таким образом, изохроны обычно определяются следующим уравнением, которое нормализует концентрацию родительских и радиогенных дочерних изотопов к концентрации нерадиогенного изотопа дочернего элемента, которая считается постоянной:

${\displaystyle \left({\frac {\mathrm {D*} }{\mathrm {D} _{ref}}}\right)_{\mathrm {present} }=\left({\frac {\mathrm {D_{0}} }{\mathrm {D} _{ref}}}\right)_{\mathrm {initial} }+\left({\frac {\mathrm {P_{t}} }{\mathrm {D} _{ref}}}\right)\cdot (e^{\lambda t}-1),}$

куда

${\displaystyle D_{ref}}$ - концентрация нерадиогенного изотопа дочернего элемента (предполагается постоянной),

${\displaystyle D*}$ - текущая концентрация радиогенного дочернего изотопа,

${\displaystyle D_{0}}$ - начальная концентрация дочернего радиогенного изотопа, а

${\displaystyle P_{t}}$ это настоящая концентрация родительского изотопа, который распался с течением времени ${\displaystyle t}$.

Для определения возраста камень измельчается до мелкого порошка, а минералы разделяются различными физическими и магнитными способами. Каждый минерал имеет различное соотношение между родительскими и дочерними концентрациями. Для каждого минерала соотношения связаны следующим уравнением:

${\displaystyle {\mathrm {D} _{0}+\Delta {P}_{t} \over D_{ref}}={\Delta {P}_{t} \over P_{i}-\Delta {P}_{t}}\left({P_{i}-\Delta {P}_{t} \over D_{ref}}\right)+{D_{0} \over D_{ref}}}$          (1)

куда

${\displaystyle P_{i}}$ - начальная концентрация родительского изотопа, а

${\displaystyle \Delta {P}_{t}}$ это общее количество родительского изотопа, распавшегося со временем ${\displaystyle t}$.

Доказательство (1) сводится к простой алгебраической манипуляции. В этой форме он полезен, поскольку показывает взаимосвязь между количествами, которые действительно существуют в настоящее время. А именно, ${\displaystyle P_{i}-\Delta {P}_{t}}$, ${\displaystyle D_{0}+\Delta {P}_{t}}$ и ${\displaystyle D_{ref}}$ соответственно соответствуют концентрациям родительских, дочерних и нерадиогенных изотопов, обнаруженных в породе во время измерения.

Соотношения ${\displaystyle {\frac {\mathrm {D*} }{\mathrm {D} _{ref}}}}$или же ${\displaystyle D_{0}+\Delta {P}_{t} \over D_{ref}}$ (относительная концентрация существующих дочерних и нерадиогенных изотопов) и ${\displaystyle {\frac {\mathrm {P_{t}} }{\mathrm {D} _{ref}}}}$ или же ${\displaystyle {P_{i}-\Delta {P}_{t} \over D_{ref}}}$ (относительная концентрация присутствующего исходного и нерадиогенного изотопа) измеряется масс-спектрометрии и построены друг против друга на трехизотопном графике, известном как изохронный график.

Если все точки данных лежат на прямой линии, эта линия называется изохроной. Чем точнее совпадают точки данных с линией, тем надежнее будет полученная оценка возраста. Поскольку соотношение дочерних и нерадиогенных изотопов пропорционально соотношению родительских и нерадиогенных изотопов, наклон изохроны со временем становится более крутым. Изменение наклона от начальных условий - при условии, что начальный наклон изохроны равен нулю (горизонтальная изохрона) в точке пересечения (пересечения) изохроны с осью y - до текущего вычисленного наклона дает возраст породы. Наклон изохроны, ${\displaystyle (e^{\lambda t}-1)}$ или же ${\displaystyle \Delta {P}_{t} \over P-\Delta {P}_{t}}$, представляет собой отношение дочери к родителю, используемое в стандарте радиометрическое датирование и может быть получен для расчета возраста образца во время т. Y-пересечение изохронной линии дает начальное радиогенное дочернее отношение, ${\displaystyle {\frac {\mathrm {D_{0}} }{\mathrm {D} _{ref}}}}$.

Изохронное датирование всей породы использует одни и те же идеи, но вместо разных минералов, полученных из одной породы, используются разные типы пород, которые происходят из общего резервуара; например тот же предшественник плавится. Можно датировать дифференциацию расплава-предшественника, который затем охладился и кристаллизовался в различные типы горных пород.

Одной из самых известных изотопных систем для изохронного датирования является рубидий-стронций система. Другие системы, которые используются для изохронного датирования, включают: самарий-неодим, и уран-свинец. Некоторые изотопные системы на основе короткоживущих потухших радионуклидов, такие как ⁵³Mn, ²⁶Al, ¹²⁹я, ⁶⁰Fe и другие используются для изохронной датировки событий ранней истории Солнечная система. Однако методы, использующие вымершие радионуклиды, дают только относительный возраст и должны быть откалиброваны с помощью методов радиометрического датирования, основанных на датировании долгоживущих радионуклидов, таких как Pb-Pb, для определения абсолютного возраста.

Заявление

Изохронное датирование полезно для определения возраста Магматические породы, которые берут начало в охлаждении жидкости магма. Также полезно определить время метаморфизма, ударных событий (например, последствия астероид удар) и другие события в зависимости от поведения конкретных изотопных систем при таких событиях. Его можно использовать для определения возраста зерен в осадочные породы и понять их происхождение с помощью метода, известного как исследование происхождения.

Смотрите также

• Радиометрическое датирование

Рекомендации

1. Альбаред, Франциск (2009). «4.3 Изохронный метод». Геохимия: введение. Издательство Кембриджского университета. ISBN  9781107268883.
2. Янг, Мэтт; Строде, Пол К. (2009). Почему эволюция работает (а креационизм терпит неудачу). Нью-Брансуик, Нью-Джерси: Издательство Рутгерского университета. С. 151–153. ISBN  9780813548647.
3. Протеро, Дональд Р .; Шваб, Фред (2004). Осадочная геология: введение в осадочные породы и стратиграфию (2-е изд.). Нью-Йорк: Фриман. ISBN  9780716739050.
4. Фор, Гюнтер (1998). Принципы и приложения геохимии: всеобъемлющий учебник для студентов-геологов (2-е изд.). Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: Prentice Hall. ISBN  978-0-02-336450-1. OCLC  37783103.^{[страница нужна ]}
5. Уайт, В. М. (2003). «Основы геохимии радиоактивных изотопов» (PDF). Корнелл Университет.
6. «Геологическое время: радиометрическая шкала времени». Геологическая служба США. 16 июня 2001 г.

внешняя ссылка

• Основы геохимии радиоактивных изотопов от Корнелла
• Изохронные знакомства на Архив TalkOrigins