Scheiding van uranium en thorium voor ²³⁰th-U daterend uit onderzeese hydrothermische sulfiden

Onderzeese hydrothermische sulfiden zijn een gestage bron van metalen zoals ijzer, koper, zink en lood. Ze worden ook gezien als economisch levensvatbare middelen van zilver en goud. De locatie en de grootte van de deposito’s zijn een record van de geschiedenis van hydrothermale ontladingen op de zeebodem. Het dateren van een hydrothermische sulfide kan belangrijke informatie verschaffen over het vormings-en wijzigings mechanisme van de sulfide erts storting, de maritieme activiteit van de zeebodem en de groeisnelheid van grote sulfide deposito’s^{1,2 , 3}. ²³⁸u-²³⁴u-²³⁰th verstoorde evenwicht dating is een effectieve isotopen methode van leeftijdsbepaling voor hydrothermische sulfiden^4,5,6,^{7, 8,9,10,11,12}, waar de zuivering en scheiding van u en th-isotopen noodzakelijk is. Deze tekst beschrijft een protocol voor u en de scheiding van isotopen en ²³⁰th-U dateren van sulfiden monster door MC-ICPMS.

Geologische materialen die u en de th zijn blijven gedurende enkele miljoenen jaren en een staat van seculier evenwicht tussen alle nucliden in de radioactieve reeks is gevestigd. Een combinatie van chemische oplosbaarheid en nucleaire terugslag factoren creëert echter vaak een evenwicht, waarbij de leden van de serie Decay van elkaar worden gescheiden door middel van processen zoals depositie, transport en verwering. Bijvoorbeeld, wanneer een sulfide storting wordt gevormd, de staat van ²³⁸u, ²³⁴u en ²³⁰th is van evenwicht, en de lange levensduur ²³⁸u geleidelijk verval naar korte levensduur ²³⁴u en ²³⁰vervolgens. Ervan uitgaande dat (i) het systeem gesloten blijft met betrekking tot u en de isotopen, en (II) het initiële bedrag van ²³⁰th en ²³²th opgenomen in sulfide monsters is nul, is het mogelijk om de tijd van depositie te bepalen door het meten van de huidige activiteitsverhoudingen van ²³⁰Th/²³⁸u en ²³⁴u/²³⁸u. De aanvankelijke hoeveelheid th is echter niet nul in het monster, en we gaan ervan uit dat de eerste ²³⁰th/²³²th atomaire ratio 4,4 ± 2,2 x 10^-6is. Het toepasselijke dating bereik van deze methode is ongeveer ~ 10-6 x 10⁵ jaar^13,14. Echter, het grote verschil tussen de overvloed van uranium en thorium maakt meting uitdagend. Vandaar, het is zeer belangrijk om een chemische procedure voor U-th dating door MC-ICPMS vast te stellen.

In de afgelopen 30 jaar concentreerden de meeste studies zich op meer metingen van carbonaat materialen^14,15,16,17 en minder op sulfide deposito’s^{11,12,18 ,19}. Alfa-partikel telmethoden zijn van oudsher gebruikt voor de studie van ²³⁰th/²³⁸U verstoorde evenwicht van onderzeese hydrothermische sulfiden¹. De analytische onzekerheid van 5-17% is echter een beperkende factor die van invloed is op de nauwkeurigheid van de bepaling van de leeftijd van sulfiden^1,8,9. Deze technieken hebben over het algemeen last van het gebruik van relatief grote kolommen en reagens volumes en de behoefte aan meerdere kolom passen voor zuivering en scheiding van U-th uit een monster. Recente ontwikkelingen in MC-ICPMS hebben de nauwkeurigheid van U-th isotopen metingen (< 5‰ voor leeftijden)¹⁴ aanzienlijk verbeterd en hebben de steekproefgrootte (< 0.2 g) die nodig is voor analyse significant verlaagd. In deze werken zijn veel chemische scheidings procedures ontwikkeld en hebben ze uitstekende chemische opbrengsten behaald met een lage chemische achtergrond van^12,13.

Hier presenteren we een chemisch gebaseerd protocol om monsters te verkrijgen die voldoende schoon zijn voor MC-ICPMS-analyse. Het is geschikt voor het dateren van hydrothermische sulfide monsters van leeftijd < 6 x 10⁵ jaar¹⁴. Met deze techniek kunnen de afgescheiden u en de isotopen fracties voldoen aan de meet vereisten door MC-ICPMS. De leeftijd van het hydrothermische sulfide monster kan worden berekend uit de mate van reageren tussen ²³⁰th en ²³⁴u en tussen ²³⁴u en ²³⁸u met behulp van de beschreven activiteit verval vergelijking.