Summary

Разделение урана и тория для 230Th-U Знакомства подводных гидротермальных сульфидов

Published: May 20, 2019
doi:

Summary

Протокол описывает метод очистки и разделения вас и Th нуклид в подводной гидротермальной сульфидной образца с Fe совместного выпадения и извлечения хроматографии для 230Th-U дисравновесия датировки.

Abstract

Возраст подводного гидротермального сульфида является значительным показателем для оценки размеров гидротермальных месторождений руды. Изотопы урана и тория в образцах могут быть разделены на 230Th-U датировка. В этой статье представлен метод очистки и разделения вас и Изотопов в подводных гидротермальных сульфидных пробах. Следуя этому методу, отделенные вам и Th фракции могут соответствовать требованиям измерения с помощью мультиколлектора индуктивно соединенных плазменной масс-спектрометрии (MC-ICPMS). Возраст образца гидротермального сульфида можно вычислить путем измерения современных соотношений активности 230Th/238you и 234U/238U. Для этого эксперимента необходима суперчистая комната. Очищенные регенты и материалы используются для уменьшения загрязнения в ходе выборочных процессов. Также используются баланс, плита и центрифуга. Образец сульфида порошкообразный для анализа и менее 0,2 г образца используется. Кратко, образец взвешивается, растворяется, добавляется к 229Th-233U-236U двойной всплеск решения, Fe совместно осаждали, и разделены на анион-обмен ясной миски извлечения колонки. Приблизительно 50 нг U потребляется для 230Th-U датировка образца сульфидов MC-ICPMS.

Introduction

Подводные гидротермальные сульфиды являются постоянным источником металлов, таких как железо, медь, цинк и свинец. Они также рассматриваются как экономически жизнеспособные ресурсы серебра и золота. Расположение и размер ы отложений являются рекордными за всю историю гидротермального вентиляции на морском дне. Датировка гидротермального сульфида может дать важную информацию о формировании и изменении механизма месторождения сульфидной руды, истории гидротермальной активности морского дна и темпах роста крупных сульфидных месторождений1,2 , 3. 238U-234U-230Th disequirium датировка является эффективным изотопным методом оценки возраста для гидротермальных сульфидов4,5,6,7, 8,9,10,11,12, где необходимо очищение и разделение вас и Изотопов Т. Этот текст описывает протокол для вас и Th изотопов разделения и 230Th-U знакомства сульфидов образца MC-ICPMS.

Геологические материалы, которые содержат вас и Th остаются нетронутыми в течение нескольких миллионов лет, и состояние светского равновесия между всеми нуклидами в радиоактивной серии устанавливается. Однако сочетание химической растворимости и факторов ядерной отдачи часто приводит к неравновесию, при котором члены серии распада отделены друг от друга в результате таких процессов, как осаждение, транспортировка и выветривание. Например, при формовании сульфидного месторождения состояние 238U, 234вас и 230Th является неравновесием, а долгоживущие 238вы можете распадаться постепенно к недолговечной 234вам и 230Th впоследствии. Предполагая, что i) система остается закрытой по отношению к вам и Изотопам Т, и (ii) начальное количество 230Th и 232Th, включенных в образцы сульфида, равно нулю, можно определить время осаждения путем измерения современного коэффициенты активности 230Th/238вы и 234U/238U. Тем не менее, начальное количество Th не равен нулю в образце, и мы предполагаем, что начальное 230Th/232Th атомное соотношение составляет 4,4 и 2,2 х 10-6. Применимый диапазон датировки этого метода составляет примерно 10-6 х 10лет 13,14. Однако большая разница между обилием урана и тория затрудняет измерение. Следовательно, очень важно установить химическую процедуру для U-Th датировка MC-ICPMS.

За последние 30 лет большинство исследований было сосредоточено на большем количестве измерений карбонатных материалов14,15,16,17 и менее на сульфидных отложениях11,12,18 ,19. Методы подсчета альфа-частиц традиционно используются для изучения 230Th/238U дисцизм подводных гидротермальных сульфидов1. Однако аналитическая неопределенность в 5-17% является ограничивающим фактором, влияющимна точность определения возраста сульфидов 1,8,9. Эти методы обычно страдают от использования относительно больших столбцов и объемов реагентов и необходимости нескольких проходов столбцов для очистки и разделения U-Th от образца. Последние разработки в MC-ICPMS значительно повысили точность измерений изотопных U-Th (lt;5) для возрастов14 и значительно уменьшили размер выборки (lt;0.2 g), необходимый для анализа. В этих работах, многие химические процедуры разделения были разработаны, и добились превосходных химических урожаев с низким химическим фоном12,13.

Здесь мы представляем протокол на основе химических веществ для получения образцов, которые являются достаточно чистыми для анализа MC-ICPMS. Подходит для датировки образцов гидротермального сульфида возраста злит;6 х 105 лет14. С помощью этого метода, разделенные вас и Th изотопные фракции могут отвечать требованиям измерения MC-ICPMS. Возраст образца гидротермального сульфида может быть рассчитан по степени неэквилибрии между 230Th и 234вас и между 234вы и 238U с помощью описанного уравнения распада активности.

Protocol

1. Подготовка образца, реагентов и контейнеров Очистите капот дыма, hotplate и скамейке комнаты баланса для химического эксперимента с распыленным спиртом или ультрачистой водой. Подготовка к югу от вареной кислот (2 M HCl, 8 M HCl, 7 M HNO3, и 14 M HNO3), чистые клюви и любой аппарат ?…

Representative Results

Используя этот закупку, подводный гидротермальный сульфидный образец может быть полностью распущен. Следуя этому протоколу, фракция Th была выдавливана из образца гидротермального сульфида с использованием 8 M HCl. Между тем, U фракция гидротермального сульфида образца …

Discussion

Для обеспечения успеха этого протокола необходимо предпринять некоторые важные шаги. Убедитесь, что все операции выполняются в чистом химическом помещении под дымом капот с чистым воздухоциркуляцией. Очистите всех регентов в этом процессе заранее и очистите аппарат перед использова?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Это исследование было финансово поддержано Экспериментальной технологии Инновационный фонд Института геологии и геофизики, Китайская академия наук (No 11890940), и Китай океана минеральных ресурсов R и D Ассоциации проекта (Нет. 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