Separación de uranio y torio para 230Th-U Datación de sulfuros hidrotermales submarinos
Summary
El protocolo describe un método para purificar y separar el nucleido tú y Th en la muestra de sulfuro hidrotermal submarino con co-precipitación Fe y cromatografía de extracción para 230Th-U de fecha de desequilibrio.
Abstract
La edad de un sulfuro hidrotermal submarino es un índice significativo para estimar el tamaño de los depósitos hidrotermales de mineral. Los isótopos de uranio y torio en las muestras se pueden separar para datación 230Th-U. Este artículo presenta un método para purificar y separar a usted y Th isótopos en muestras de sulfuro hidrotermal submarino. Siguiendo esta técnica, las fracciones separadas usted y Th pueden cumplir con los requisitos de medición mediante espectrometría de masas plasmáticas acopladas inductivamente (MC-ICPMS) con múltiples colectores. La edad de la muestra de sulfuro hidrotermal se puede calcular midiendo las relaciones de actividad actuales de 230Th/238u y 234U/238U. Una habitación super limpia es necesaria para este experimento. Los regentes y suministros limpios se utilizan para reducir la contaminación durante los procesos de la muestra. También se utilizan equilibrios, placas de cocción y centrífugas. La muestra de sulfuro se empolva para su análisis y se utiliza menos de 0,2 g de muestra. Brevemente, la muestra se pesa, se disuelve, se añade a 229Th-233U-236U solución de doble espiga, Fe co-precipitada, y separada en una columna de extracción de resina de intercambio de aniones. Aproximadamente 50 ng U se consume para 230Th-U datade de sulfuros muestra por MC-ICPMS.
Introduction
Los sulfuros hidrotermales submarinos han sido una fuente constante de metales como hierro, cobre, zinc y plomo. También son vistos como recursos económicamente viables de plata y oro. La ubicación y el tamaño de los depósitos son un registro de la historia de la ventilación hidrotermal en el fondo marino. La datación de un sulfuro hidrotermal puede proporcionar información importante sobre el mecanismo de formación y alteración del depósito de mineral de sulfuro, el historial de actividad hidrotermal del fondo marino y la tasa de crecimiento de los grandes depósitos de sulfuro1,2 , 3. 238U-234U-230Th desequilibrado es un método isotópico eficaz de estimación de la edad para sulfuros hidrotermales4,5,6,7, 8,9,10,11,12, donde la purificación y separación de usted y Th isótopos es necesario. Este texto describe un protocolo para usted y Th isótopos separación y 230Th-U datación de sulfuros muestra por MC-ICPMS.
Los materiales geológicos que te contienen y Th permanecen intactos durante varios millones de años, y se establece un estado de equilibrio secular entre todos los nucleidos de la serie radiactiva. Sin embargo, una combinación de solubilidad química y factores de retroceso nuclear a menudo crean desequilibrio, en el que los miembros de la serie de descomposición se separan entre sí a través de procesos como la deposición, el transporte y la intemperie. Por ejemplo, cuando se forma un depósito de sulfuro, el estado de 238U, 234usted y 230Th es de desequilibrio, y los 238de larga duración se puede decaer gradualmente hacia la efímera 234u y 230Th posteriormente. Suponiendo (i) que el sistema permanezca cerrado con respecto a usted y a los isótopos Th, y (ii) la cantidad inicial de 230Th y 232Th incorporada en muestras de sulfuro es cero, es posible determinar la hora de la deposición midiendo la actualidad ratios de actividad de 230Th/238u y 234U/238U. Sin embargo, la cantidad inicial de Th no es cero en la muestra, y suponemos que la relación atómica inicial de 230Th/232Th es de 4,4 x 2,2 x 10-6. El rango de citas aplicable de este método es de aproximadamente 10-6 x 105 años13,14. Sin embargo, la gran diferencia entre la abundancia de uranio y el torio hace que la medición sea difícil. Por lo tanto, es muy importante establecer un procedimiento químico para la datación U-Th por MC-ICPMS.
En los últimos 30 años, la mayoría de los estudios centraron más mediciones de materiales de carbonato14,15,16,17 y menos en depósitos de sulfuro11,12,18 ,19. Los métodos de recuento de partículas alfa se han utilizado tradicionalmente para el estudio de 230Th/238U desequilibrio de sulfuros hidrotermales submarinos1. Sin embargo, la incertidumbre analítica del 5-17% es un factor limitante que afecta a la precisión de la determinación de la edad delossulfuros1,8,9. Estas técnicas generalmente sufren el uso de columnas relativamente grandes y volúmenes de reactivos y la necesidad de múltiples pasadas de columna para purificación y separación U-Th de una muestra. Los recientes desarrollos en MC-ICPMS han mejorado considerablemente la precisión de las mediciones isotópicas de U-Th (<5o para edades)14 y han reducido significativamente el tamaño de la muestra (<0,2 g) necesaria para el análisis. En estos trabajos, se han desarrollado muchos procedimientos de separación química, y han logrado excelentes rendimientos químicos con bajo fondo químico12,13.
Aquí presentamos un protocolo basado en productos químicos para obtener muestras lo suficientemente limpias para el análisis MC-ICPMS. Es adecuado para la datación de muestras de sulfuro hidrotérmico de edad <6 x 105 años14. Con esta técnica, las fracciones isotópicas y usted separadas pueden cumplir con los requisitos de medición de MC-ICPMS. La edad de la muestra de sulfuro hidrotermal se puede calcular a partir de la extensión de disequilibria entre 230Th y 234usted y entre 234u y 238U utilizando la ecuación de descomposición de actividad descrita.
Protocol
Representative Results
Discussion
Se deben seguir algunos pasos críticos para garantizar el éxito de este protocolo. Asegúrese de que todas las operaciones se llevan a cabo en una sala de química limpia bajo la campana de humos con circulación de aire limpio. Purificar a todos los regentes en este proceso con antelación y limpiar el aparato antes de su uso. Disolver las muestras por completo en el proceso de fabricación de la solución de 7 M HNO3 que luego se carga en las resinas condicionadas 7 M HNO3. Si hay alguna sustanc…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este estudio fue apoyado financieramente por la Fundación de Innovación en Tecnología Experimental del Instituto de Geología y Geofísica, la Academia China de Ciencias (No 11890940) y el Proyecto de asociación de I+D de Recursos Minerales del Océano de China (No. 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 |
Referências
- 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).
- Lalou, C., Brichet, E. On the isotopic chronology of submarine hydrothermal deposits. Chemical Geology. 65 (3-4), 197-207 (1987).
- 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).
- 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).
- 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).
- Kadko, D. Radio isotopic studies of submarine hydrothermal vents. Reviews of Geophysics. 34 (3), 349-366 (1996).
- 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).
- Yejian, W., et al. Hydrothermal Activity Events at Kairei Field, Central Indian Ridge 25°S. Resource Geology. 62 (2), 208-214 (2012).
- Yejian, W., et al. Mineralogy and geochemistry of hydrothermal precipitates from Kairei hydrothermal field, Central Indian Ridge. Marine Geology. 354 (3), 69-80 (2014).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
