Μέθοδος Γεωχρονολόγησης Lu-Hf

Μέθοδος Γεωχρονολόγησης Lu-Hf

Lu HREE Hf HFSE Γεωχημεία Lu-Hf

Γεωχημεία Lu-Hf Lu 4+ Hf 3+ Ca 3+ Zr 4+ 0.93 Å 0.81 Å 0.99 Å 0.79 Å Οι ιδιότητες τους μοιάζουν αρκετά με αυτές του Sm-Nd διότι το Hf προτιμά λίγο παραπάνω από το Lu να μπαίνει στο τήγμα κατά τη διάρκεια μερικής τήξης στο μανδύα Συνεπώς τα βασαλτικά μάγματα που προέρχονται από το μανδύα είναι εκπτωχευμένα σε Lu/Hf σε σχέση με τη πηγή τους Σημαντικό ρόλο σε αυτό παίζει ιδιαίτερα ο γρανάτης ο οποίος αποτρέπει το Lu να συγκεντρωθεί στο τήγμα

Γεωχημεία Lu-Hf

Γεωχημεία Lu-Hf Υψηλές συγκεντρώσεις Hf απαντώνται: Ορυκτά του Ζιρκονίου π.χ Ζιρκόνιο Χαμηλό Lu/Hf Υψηλές συγκεντρώσεις Lu απαντώνται: Οξείδια σπανίων γαιών* Ανθρακικά ορυκτά* Υψηλό Lu/Hf Φωσφορικά ορυκτά* Πυριτικά ορυκτά* * Όλα αυτά τα ορυκτά είναι σπάνια και απαντώνται σε πετρώματα όπως πηγματίτες, αλκαλικά φλεβικά και ανθρακικά πετρώματα

Ισότοπα Lu-Hf 176 Lu =2.59% 1 ακόμη ισότοπο 176 Hf=5.2% 5 ακόμη ισότοπα

Ραδιενεργή Διάσπαση Lu-Hf 176 Lu 176 Hf Διάσπαση β- 176 Lu 176 Yb Σύλληψη e - 3+/- 1% της συνολικής διάσπασης 176 Lu 176 Hf + β- + ν T 1/2 Tatsumoto et al. (1981): 1.94 x 10-11 yr -1 35.7 Ga Scherer et al. (2001): 1.875 x 10-11 yr -1 37.2 Ga Bizzarro et al. (2003): 1.983 x 10-11 yr -1 35.0 Ga Söderlund et al. (2004): 1.867 x 10-11 yr -1 37.1 Ga λ

Εξισώσεις Χρονολόγησης Lu-Hf

Ισόχρονες Lu-Hf Η χρονολόγηση με τη μέθοδο Lu-Hf γίνεται κατεξοχήν με τη μέθοδο της ισόχρονης για την εύρεση της ηλικίας. Χρησιμοποιούνται δείγματα ορυκτών και ολικού πετρώματος. Λόγω της μικρής διαφοροποίησης στο Lu/Hf κατά τη διάρκεια των μαγματικών διαδικασιών, είναι δύσκολο τα συν-γενετικά πετρώματα να έχουν μεγάλες μεταβολές σε Lu/Hf. Μάλιστα, αν έχουν πιθανότατα δεν είναι συν-γενετικά Ο απατίτης είναι ένα ορυκτό που βρίσκεται στα πετρώματα και αναπτύσσει μεγάλους λόγους L/Hf. Βρίσκεται επίσης σε ισοτοπική ισσοροπία με το υπόλοιπο πέτρωμα και τα ορυκτά τη στιγμή της δημιουργίας τους και μπορεί να χρησιμοποιηθεί. Ένα ακόμη πλεονέκτημα του είναι ότι μπορεί να βρεθεί σε βασικά πετρώματα στα οποία δεν βρίσκεται ζιρκόνιο και τα οποία μπορεί να μην έχουν Μπαντεληίτης Ο γρανάτης έχει χρησιμοποιηθεί επιτυχώς σε πάρα πολλές μελέτες. Σε σύγκριση με το Sm-Nd έχει το πλεονέκτημα ότι ο ρυθμός διάσπασης είναι σχεδόν τρεις φορές γρηγορότερος οπότε δημιουργείται περισσότερο ραδιογενές Hf σε σχέση με το Nd. To Lu παραμένει στο γρανάτη ενώ το Hf δεν ενσωματώνεται εύκολα καλύτερη ισόχρονη, ζώνωση στο γρανάτη καλύτερη ισόχρονη. Μεγαλύτερη θερμοκρασία κλεισίματος μεγαλύτερες ηλικίες από Sm-Nd Το ζιρκόνιο έχει χαμηλό λόγο Lu/Hf, μετράται με τη μέθοδο SHRIMP και χρησιμοποιείται κυρίως σε συνδυασμό με U-Pb και είναι ιδιαίτερα σημαντικό όταν βρίσκεται σαν έγκλεισμα σε γρανάτη

Ισόχρονες Lu-Hf Τα δείγματα του ολικού πετρώματος έχουν χαμηλούς λόγους Lu/Hf και από μόνα τους δεν θα μπορούσαν να δώσουν ισόχρονη. Με τη χρήση όμως και των γρανατών, που έχουν μεγάλους λόγους Lu/Hf, είναι εφικτή μια ισόχρονη που θα δίνει ακριβή αποτελέσματα Δείγματα ολικού πετρώματος

Ισόχρονες Lu-Hf Ισόχρονη μετεωριτών. Θεωρώντας ότι η ηλικία της Γης είναι 4.55 Ga, η σταθερά διάσπασης κατά τους Bizzarro et al. (2003) είναι 1.983±0.033 a -1. Αν και οι τρεις ομάδες μετεωριτών μπορούν να θεωρηθούν ξεχωριστές δεν διαφέρουν η μία από την άλλη όσον αφορά την ηλικία τους

Ισόχρονες Lu-Hf Ισόχρονες δολεριτών Karlshamn and Sorkka της Σουηδίας και της Φινλανδίας Προκάμβριας ηλικίας. Με αυτές τις ισόχρονες οι Söderlund et al. 2004 γνωρίζοντας την ηλικία των πετρωμάτων υπολόγισαν τη σταθερά διάσπασης λ.

Multicollector-Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer (MC-ICPMS) Παρότι η μέθοδος ήταν γνωστή από τη δεκαετία του 80, οι αναλυτικές τεχνικές περιόρισαν τη χρήση της μέχρι τη δεκαετία του 90 Ο λόγος ήταν ότι το Hf έχει υψηλό δυναμικό ιονισμού (6.83 ev, Lide 2003) και δεν μπορούσε να αναλυθεί με τη μέθοδο TIMS (Thermal Ionization Mass Spectrometry) Όλα άλλαξαν με την ανάπτυξη του MC-ICPMS που συνδύαζε τον ικανοποιητικό ιονισμό του Hf με την υψηλής ακρίβειας ανάλυση της φασματομετρίας πολλαπλού συλλέκτη (Multi-collector Mass Spectrometry)

Multicollector-Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer (MC-ICPMS) Επέτρεψε ακριβέστερους προσδιοριμούς της σταθεράς διάσπασης του 176 Lu (Scherer et al. 2001; Söderlund et al. 2004) Έκανε δυνατή την ανάλυση υψηλών σε Lu-Hf φάσεων αλλά φτωχών σε Hf όπως γρανάτη, απατίτη. Επίσης έκανε δυνατή την ανάλυση φτωχών σε Hf πετρωμάτων όπως οι χονδριτικοί μετεωρίτες Τέλος έκανε δυνατό τον προσδιορισμό των ισοτόπων Lu-Hf σε πολύ μικρές, πλούσιες σε Hf φάσεις όπως το ζιρκόνιο, το οποίο σε συνδυασμό με τη μέθοδο U-Pb χαίρει ιδιαίτερης χρήσης τα τελευταία χρόνια (π.χ Amelin et al. 2000; Fisher et al. 2014; Gerdes and Zeh 2009; Kemp et al. 2010;Woodhead et al. 2004; Xie et al. 2008; Yuan et al. 2008).

Multicollector-Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer (MC-ICPMS)

Η τιμή εhf Όπως και στο Sm-Nd, στο Lu-Hf οι τιμές εκφράζονται με την τιμή ε. Η τιμή ε υπολογίζεται για σήμερα (όπου t=0) αλλά και για οποιαδήποτε στιγμή στο παρελθόν εhf = 176 Hf t 177 Hf sample t 1 10 4 176 Hf 177 Hf CHUR

Η τιμή εhf Το ζιρκόνιο με θετική τιμή ε προέρχεται από έναν εκπτωχευμένο, σε σχέση με το CHUR, ταμιευτήρα διότι το Lu δεν προτιμάει το τήγμα κατά τη στιγμή του διαχωρισμού και ανέπτυξε υψηλότερο Lu/Hf. Το αντίθετο συμβαίνει για το δείγμα με αρνητικό ε το οποίο προέρχεται από ένα ταμιευτήρα, αυτόν του φλοιού, πιο εμπλουτισμένο σε Hf.

Η τιμή εhf Διαγράμματα που προβάλουν την υποθετική εξέλιξη του Hf στους γήινους ταμιευτήρες και σε ένα τυπικό ζιρκόνιο που σχηματίστηκε στα 3.8 Ga, μετά από μία μεγάλη διαφοροποίηση στα 3.8 Ga και μέχρι σήμερα. Παρατηρούμε επίσης ότι με την τιμή ε, έχουμε καλύτερο διαχωρισμό των εξελικτικών γραμμών.

Ηλικίες Μοντέλου a. Υπολογισμός ηλικιών μοντέλου Hf δύο δειγμάτων ολικού πετρώματος που σχηματίστηκαν πριν από 2.7 Ga στον εκπτωχευμένο μανδύα, το ένα με υψηλό και το άλλο με χαμηλό Lu/Hf. Στο ίδιο διάγραμμα φαίνονται οι ηλικίες μοντέλου CHUR και DM b. Ο υπολογισμός των ηλικιών μοντέλου DM για το ζιρκόνιο απαιτεί να γίνει προσέγγιση του Lu/Hf της πηγής. Αν είναι πιο βασική (>Lu/Hf από την πιο όξινη πηγή) τότε η ηλικία είναι μεγαλύτερη