Scheiding van uranium en thorium voor 230th-U daterend uit onderzeese hydrothermische sulfiden
Summary
Het protocol beschrijft een methode voor het zuiveren en scheiden van de u en de nuclide in onderzeese hydrothermische sulfide monster met Fe co-neerslag en extractie chromatografie voor 230th-U verstoorde evenwicht dating.
Abstract
De leeftijd van een onderzeese hydrothermische sulfide is een belangrijke index voor het inschatten van de grootte van hydrothermische ertsafzettingen. Uranium en thorium isotopen in de monsters kunnen worden gescheiden voor 230th-U dating. Dit artikel presenteert een methode om te zuiveren en scheiden u en th isotopen in onderzeese hydrothermische sulfide monsters. Na deze techniek kunnen de afgescheiden u en de th-fracties voldoen aan de meetvoorschriften door multi-Collector inductief gekoppelde plasma massaspectrometrie (MC-ICPMS). De leeftijd van het hydrothermische sulfide monster kan worden berekend door de huidige activiteitverhoudingen van 230Th/238u en 234u/238u te meten. Een super schone kamer is noodzakelijk voor dit experiment. Gereinigde regenten en benodigdheden worden gebruikt om de verontreiniging tijdens de monster processen te verminderen. Balans, kookplaat en centrifuge worden ook gebruikt. Het sulfide monster wordt gepoederd voor analyse en er wordt minder dan 0,2 g monster gebruikt. Kort, het monster wordt gewogen, opgelost, toegevoegd aan 229Th-233u-236u dubbele Spike oplossing, Fe co-neergeprecipiteerd, en gescheiden op een anion-uitwisseling hars extractie kolom. Ongeveer 50 ng U wordt verbruikt voor 230th-U dateren van sulfiden monster door MC-ICPMS.
Introduction
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’s1,2 , 3. 238u-234u-230th verstoorde evenwicht dating is een effectieve isotopen methode van leeftijdsbepaling voor hydrothermische sulfiden4,5,6,7, 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 jaar13,14. 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 materialen14,15,16,17 en minder op sulfide deposito’s11,12,18 ,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 sulfiden1,8,9. 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 van12,13.
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.
Protocol
Representative Results
Discussion
Er moeten enkele kritische stappen worden gevolgd om het succes van dit protocol te garanderen. Zorg ervoor dat alle operaties worden uitgevoerd in schone chemie ruimte onder de rook afzuigkap met schone luchtcirculatie. Zuivert alle regenten in dit proces van tevoren en reinig het apparaat voor gebruik. Los de monsters volledig op in het proces van het maken van de 7 M HNO3 oplossing die vervolgens wordt geladen op de 7 m HNO3-geconditioneerde harsen. Als er een onoplosbare substantie in het monste…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Deze studie werd financieel gesteund door experimentele technologie innovatie Stichting van het Instituut voor geologie en geofysica, Chinese Academie van Wetenschappen (nr. 11890940), en China Ocean minerale bronnen R & D Association project (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).
