Summary

فصل اليورانيوم والثوريوم ل230Th-U التي يرجع تاريخها من كبريتيد الحرارية المائية الغواصة

Published: May 20, 2019
doi:

Summary

يصف البروتوكول طريقة لتنقية وفصل النويد ة وTh في عينة كبريتيد السفيد المائي تحت الماء مع في الهطول المشترك واستخراج اللونية ل230Th-U عدم التوازن التي يرجع تاريخها.

Abstract

وعمر كبريتيد الكبريتيد الحراري المائي البحري هو مؤشر هام لتقدير حجم رواسب الخام الحراري ة المائية. يمكن فصل نظائر اليورانيوم والثوريوم في العينات ل230Th-U التي يرجع تاريخها. تقدم هذه المقالة طريقة لتنقية وفصل النظائر في عينات كبريتيد السفيد المائي الغواصة. بعد هذه التقنية، يمكن فصل الكسور أنت وTh تلبية متطلبات القياس من قبل متعددة جامع inductively المقترنة قياس الطيف الكتلي البلازما (MC-ICPMS). ويمكن حساب عمر عينة كبريتيد الكبريتيد الحراري المائي بقياس نسب النشاط الحالية البالغة 230ث/238يو و234 U/238 U. غرفة نظيفة للغاية ضرورية لهذه التجربة. وتستخدم الحكام واللوازم التي يتم تنظيفها للحد من التلوث أثناء عمليات العينة. كما يتم استخدام التوازن، ولوحة ساخنة، والطرد المركزي. ومسحوق عينة كبريتيد لتحليل هاو تُستخدم عينة أقل من 0.2 غرام. وباختصار، يتم وزن العينة، حل، وأضاف إلى 229Th-233U-236U حل ارتفاع مزدوج، Fe شارك في عجل، وفصلها على عمود استخراج الراتنج تبادل الأنيون. ويستهلك ما يقرب من 50 نانوغرام U ل 230Th-U التي يرجع تاريخها من عينة كبريتيد من قبل MC-ICPMS.

Introduction

وكانت الكبريتيدات الحرارية المائية المغمورة مصدرا ثابتا للمعادن مثل الحديد والنحاس والزنك والرصاص. كما ينظر إليها على أنها موارد قابلة للحياة اقتصاديا من الفضة والذهب. موقع وحجم الرواسب هي سجل من تاريخ التنفيس الحراري المائي في قاع البحر. يمكن أن يوفر تاريخ الكبريتيد الحراري المائي معلومات هامة فيما يتعلق بآلية تشكيل وتعديل رواسب خام كبريتيد، وتاريخالنشاط الحراري المائي في قاع البحر، ومعدل نمو رواسب الكبريتيد الكبيرة 1،2 , 3. 238U-234U-230Th عدم التوازن التي يرجع تاريخها هو طريقة النظائر الفعالة لتقدير العمر للكبريتيدات الحرارية المائية 10،11،12،حيث تنقية والفصل بين أنت والنظائر Th ضروري. يصف هذا النص بروتوكول لك ولـ Th النظائر الفصل و 230Th-U التي يرجع تاريخها من عينة كبريتيد من قبل MC-ICPMS.

المواد الجيولوجية التي تحتوي عليك وعشر لا تزال دون عائق لعدة ملايين من السنين، ويتم إنشاء حالة من التوازن العلماني بين جميع النويدات في السلسلة المشعة. ومع ذلك، فإن الجمع بين عوامل الذوبان الكيميائي والارتداد النووي يؤدي في كثير من الأحيان إلى اختلال التوازن، حيث يتم فصل أعضاء سلسلة الاضمحلال عن بعضهم البعض من خلال عمليات مثل الترسيب والنقل والتجوية. على سبيل المثال، عندما يتم تشكيل وديعة كبريتيد، والدولة من 238234أنت و 230Th هو من عدم التوازن، و238 طويلة الأمد يمكنك الاضمحلال تدريجيا نحو قصيرة الأجل 234أنت و 230ث في وقت لاحق. على افتراض ‘1’ أن النظام لا يزال مغلقاً فيما يتعلق بك وللنظائر، و’2′ الكمية الأولية 230Th و232Th المدرجة في عينات كبريتيد صفر، فمن الممكن تحديد وقت الترسيب عن طريق قياس اليوم الحالي نسب النشاط من 230Th /238أنت و 234U /238U. ومع ذلك، فإن الكمية الأولية من Th ليست صفرا في العينة، ونحن نفترض الأولية 230Th /232Th نسبة ذرية هو 4.4 ± 2.2 × 10-6. مجموعة التعارف ينطبق من هذا الأسلوب هو ما يقرب من ~ 10-6 × 105 سنوات13،14. ومع ذلك، فإن الفرق الكبير بين وفرة اليورانيوم والثوريوم يجعل القياس صعباً. وبالتالي، من المهم جدا ً وضع إجراء كيميائي لـ U-Th التي يرجع تاريخها من قبل MC-ICPMS.

في السنوات ال 30 الماضية، ركزت معظم الدراسات المزيد من قياسات المواد الكربونية14،15،16،17 وأقل على رواسب كبريتيد11،12،18 ،19. وقد استخدمت أساليب عد الجسيمات ألفا تقليديا لدراسة 230Th /238U عدم التوازن من كبريتيد الحرارية المائية الغواصة1. ومع ذلك، فإن عدم اليقين التحليلي من 5-17٪ هو عامل الحد الذييؤثر على دقة تحديد عمر الكبريتيدات 1،9. وتعاني هذه التقنيات عموما من استخدام أعمدة كبيرة نسبيا وأحجام الكاشف والحاجة إلى وصلات أعمدة متعددة لتنقية وفصل U-Th من عينة. وقد أدت التطورات الأخيرة في MC-ICPMS إلى تحسين كبير في دقة قياسات النظائر U-Th (<5] للأعمار)14 وخفضت إلى حد كبير حجم العينة (<0.2 g) اللازمة للتحليل. في هذه الأعمال، تم تطوير العديد من إجراءات فصل المواد الكيميائية، وحققت عوائد كيميائية ممتازة مع خلفية كيميائية منخفضة12،13.

نقدم هنا بروتوكولًا كيميائيًا للحصول على عينات نظيفة بما فيه الكفاية لتحليل MC-ICPMS. وهي مناسبة ليرجع تاريخها من عينات كبريتيد الحرارية المائية من العمر <6 × 105 سنوات14. مع هذه التقنية، يمكن فصل الكسور النظائرية لك وTh تلبية متطلبات القياس من قبل MC-ICPMS. يمكن حساب عمر عينة كبريتيد الكبريتيد الحراري المائي من مدى عدم التوازن بين 230Th و 234أنت وبين 234أنت و 238U باستخدام معادلة اضمحلال النشاط الموصوفة.

Protocol

1. إعداد العينة، الكواشف، والحاويات تنظيف غطاء محرك السيارة الدخان، لوحة ساخنة ومقاعد البدلاء غرفة التوازن للتجربة الكيميائية مع رش الكحول أو المياه فائقة النقية. إعداد الأحماض المسلوقة الفرعية (2 M حمض الهيدروكلوريك،8 M حمض الهيدروكلوريك، 7 M HNO 3، و 14 M HNO3)،أكواب نظيفة…

Representative Results

وباستخدام هذا الشراء، يمكن حل عينة كبريتيد حرارية مائية من الغواصة بالكامل. بعد هذا البروتوكول، تم الكسر ال من عينة كبريتيد الحرارية المائية باستخدام 8 M حمض الهيدروكلوريك. وفي الوقت نفسه، تم التميّز جزء U من عينة كبريتيد الحرارة المائية مع 0.1 M HNO3. تم حل الكسور التي ت…

Discussion

ويجب اتباع بعض الخطوات الحاسمة لضمان نجاح هذا البروتوكول. تأكد من أن يتم تنفيذ جميع العمليات في غرفة الكيمياء النظيفة تحت غطاء الدخان مع دوران الهواء النظيف. تنقية جميع الحكام في هذه العملية مقدما وتنظيف الجهاز قبل الاستخدام. حل العينات تماما في عملية صنع 7 M HNO3 الحل الذي يتم تحميله ب?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

وقد حظيت هذه الدراسة بدعم مالي من مؤسسة الابتكار التكنولوجي التجريبي التابعة لمعهد الجيولوجيا والجيوفيزياء، والأكاديمية الصينية للعلوم (رقم 11890940)، ومشروع رابطة الصين للموارد المعدنية للمحيطات (رقم DY135-S2-2-07).

Materials

AG 1-X8 anion-exchange resin BIO-RAD 140-1441 Separating rare elements
Ammonia solution Kanto Chemical CO., INC. 1336-21-6 Reagent
Glass vials BOTEX None Sample collection
Hydrochloric acid Sinopharem chemical reagent Co. Ltd 7647-01-0 Reagent
Hydrofluoric acid EMD Millipore CO. 7664-39-5 Reagent
Neptune Plus Thermo Fisher Scientific CO. None Apparatus
Nitric acid Sinopharem chemical reagent Co. Ltd 7697-37-2 Reagent
Perchloric acid Kanto Chemical CO., INC. 32059-1B Reagent
Ultrapure water Merck Millipore None Producted by Mill-Q Advantage systerm
Wipe paper Kimberley-Clark 0123-12 Wipe and clean
2 ml vial Nelgene 5000-0020 Sample collection
229Th-233U-236U spike None None Reagent
7 ml PFA beaker Savillex 200-007-20 Sample treatment
10 ml centrifuge Nelgene 3110-1000 Sample treatment
30 ml PFA beaker Savillex 200-007-20 Sample treatment

References

  1. Lalou, C., Brichet, E., Hekinian, R. Age dating of sulfide deposits from axial and off-axial structures on the East Pacific Rise near 12°500N. Earth and Planetary Science Letters. 75 (1), 59-71 (1985).
  2. Lalou, C., Brichet, E. On the isotopic chronology of submarine hydrothermal deposits. Chemical Geology. 65 (3-4), 197-207 (1987).
  3. Lalou, C., Reyss, J. L., Brichet, E. Actinide-series disequilibrium as a tool to establish the chronology of deep-sea hydrothermal activity. Geochimica et Cosmochimica Acta. 57 (6), 1221-1231 (1993).
  4. Lalou, C., et al. New age data for Mid-Atlantic Ridge hydrothermal sites: TAG and Snakepit chronology revisited. Journal of Geophysical Research. 98, 9705-9713 (1993).
  5. Lalou, C., Reyss, J. L., Brichet, E., Rona, P. A., Thompson, G. Hydrothermal activity on a 105-year scale at a slow-spreading ridge, TAG hydrothermal field, Mid-Atlantic Ridge 26° N. Journal of Geophysical Research. 100 (B9), 17855-17862 (1995).
  6. Kadko, D. Radio isotopic studies of submarine hydrothermal vents. Reviews of Geophysics. 34 (3), 349-366 (1996).
  7. Lalou, C., Mu ̈nch, U., Halbach, P., Reyss, J. Radiochronological investigation of hydrothermal deposits from the MESO zone, Central Indian Ridge. Marine Geology. 149 (149), 243-254 (1998).
  8. Yejian, W., et al. Hydrothermal Activity Events at Kairei Field, Central Indian Ridge 25°S. Resource Geology. 62 (2), 208-214 (2012).
  9. Yejian, W., et al. Mineralogy and geochemistry of hydrothermal precipitates from Kairei hydrothermal field, Central Indian Ridge. Marine Geology. 354 (3), 69-80 (2014).
  10. Jun-ichiro, I., et al. Dating of Hydrothermal Mineralization in Active Hydrothermal Fields in the Southern Mariana Trough. Subseafloor Biosphere Linked to Hydrothermal Systems. , 289-300 (2015).
  11. Takamasa, A., et al. U-Th radioactive disequilibrium and ESR dating of a barite-containing sulfide crust from South Mariana Trough. Quaternary Geochronology. 15 (1), 38-46 (2013).
  12. Weifang, Y., et al. 230Th/238U dating of hydrothermal sulfides from Duanqiao hydrothermal field, Southwest Indian Ridge. Marine Geophysical Research. 38 (1-2), 71-83 (2017).
  13. Lisheng, W., Zhibang, M., Hai, C., Wuhui, D., Jule, X. Determination of 230Th age of Uranium-series standard samples by multiple collector inductively coupled plasma mass spectromerty. Journal of China Mass Spectrometry Society. 37 (3), 262-272 (2016).
  14. Wang, L., et al. U concentration and 234U/238U of seawater from the Okinawa Trough and Indian Ocean using MC-ICPMS with SEM protocols. Marine Chemistry. 196, 71-80 (2017).
  15. Hai, C., et al. Improvements in 230Th dating, 230Th and 234U half-life values, and U-Th isotopic measurements by multi-collector inductively coupled plasma mass spectrometry. Earth and Planetary Science Letters. , 82-91 (2013).
  16. Edwards, R. L., Chen, J. H., Ku, T. -. L., Wasserburg, G. J. Precise timing of the last interglacial period from mass spectrometric analysis of 230Th in corals. Science. 236 (4808), 1537-1553 (1987).
  17. Edwards, R. L., Taylor, F. W., Wasserburg, G. J. Dating earthquakes with high precision thorium-230 ages of very young corals [J]. Earth and Planetary Science Letters. 90 (4), 371-381 (1988).
  18. Hai, C., Jess, A., Edwards, R. L., Boyle, E. A. U-Th dating of deep-sea corals. Geochimica et Cosmochimica Acta. 64 (14), 2401-2416 (2000).
  19. Ishibashi, J., et al. Dating of Hydrothermal Mineralization in Active Hydrothermal Fields in the Southern Mariana Trough. Subseafloor Biosphere Linked to Hydrothermal Systems. , 289-300 (2015).
  20. Jaffey, A. H., Flynn, K. F., Glendenin, L. E., Bentley, W. C., Essling, A. M. Precision measurement of half-lives and specific activities of 235U and 238U. Physical Review C. 4, 1889-1906 (1971).
  21. Richter, S., Goldberg, S. A., Mason, P. B., Traina, A. J., Schwieters, J. B. Linearity tests for secondary electron multipliers used in isotope ratio mass spectrometry. International Journal of Mass Spectrometry. 206 (1-2), 105-127 (2001).

Play Video

Cite This Article
Wang, L., Wang, X., Ye, J., Ma, Z., Yang, W., Xiao, J. Separation of Uranium and Thorium for 230Th-U Dating of Submarine Hydrothermal Sulfides. J. Vis. Exp. (147), e59098, doi:10.3791/59098 (2019).

View Video