Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Địa nhiệt học dựa trên khí quý: II. Tính ổn định của hệ đồng vị (U-Th)/He trong zircon
Tóm tắt
Động học của sự di chuyển He từ zircon với mức độ biến hình khác nhau đã được nghiên cứu. Các thông số di chuyển của He đã được xác định thí nghiệm, ảnh hưởng của tổn thương do bức xạ và mức độ biến hình đến tính ổn định của hệ đồng vị (U-Th)/He đã được đánh giá, các cơ chế thoát khí quý từ zircon đã được điều tra, dữ liệu mới về động học di chuyển của He đã được thu thập và so sánh với các kết quả trước đó về động học di chuyển của Xe từ zircon của cùng các đối tượng địa chất. Các phát hiện cho thấy He xuất hiện ở hai vị trí năng lượng trong lưới zircon: vị trí chính (hơn 80% He) với năng lượng kích hoạt khoảng 39 kcal/mol và k₀ = 10¹¹ năm⁻¹, và vị trí thứ hai với năng lượng kích hoạt cho sự di chuyển từ 5–10 kcal/mol và k₀ ∼ 10⁶ năm⁻¹. Kết luận cho rằng sự di chuyển He từ vị trí năng lượng chính được mô tả tốt hơn bằng cơ chế nhảy đơn. Sự di chuyển của He từ vị trí năng lượng thứ hai thống nhất với cơ chế khuếch tán. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng sự sai lệch khỏi sự phụ thuộc tuyến tính trong các tọa độ lnln(He₀/Heₜ)-1/T có thể liên quan đến sự phá hủy các khuyết tật thể tích chứa nguyên tử He ở nhiệt độ cao (hơn 1000°C trên thang thời gian thí nghiệm) dẫn đến sự chuyển từ cơ chế nhảy đơn sang cơ chế khuếch tán và sự hiện diện của các nguyên tử di chuyển qua cơ chế khuếch tán. Cũng đã chỉ ra rằng độ rộng đỉnh trong quang phổ phát giải phóng He phóng xạ và sự xuất hiện của đỉnh thứ hai cũng phụ thuộc vào phân tỷ lệ của các nguyên tử di chuyển theo cơ chế khuếch tán. Đã phát hiện rằng năng lượng kích hoạt thấp cho sự giải phóng He từ vị trí năng lượng thứ hai chỉ ra sự tồn tại của sự mất He liên tục từ lưới zircon.
Từ khóa
#He di chuyển #zircon #hệ đồng vị (U-Th)/He #cơ chế nhảy đơn #cơ chế khuếch tán #năng lượng kích hoạtTài liệu tham khảo
Aciego, S., Kennedy, B., DePaolo, D., Christensen, J., and Hutcheon, I., U-Th/He Age of Phenocrystic Garnet from the 79 AD eruption of Mt. Vesuvius, Earth Planet. Sci. Lett., 2003, vol. 219, pp. 209–219.
Aciego, S., DePaolo, D., and Kennedy, B., Combining [3He] Cosmogenic Dating with U-Th/He Eruption Ages using Olivine in Basalt, Earth. Planet. Sci. Lett., 2007, vol. 254, pp. 288–302.
Blackburn, J, Stockli, D., and Carlson, R., (U-Th)/He Dating of Kimberlites-A Case Study from North-Eastern Kansas, Earth Planet. Sci. Lett., 2008, vol. 275, pp. 111–120.
Cherniak, D.J., Watson, E.B., and Thomas, J.B., Diffusion of Helium in Zircon and Apatite, Chem. Geol., 2009, vol. 268, pp. 155–166.
Dickin, A., Radiogenic Isotope Geology, 2004, http://www.onafarawayday.com/Radiogenic.
Dodson, M.H., Closure Temperature in Cooling Geochronological and Petrological Systems, Contrib. Mineral. Petrol., 1973, vol. 40, pp. 259–274.
Dunai, T.J., Forward Modeling and Interpretation of (U-Th)/He Ages, Rev. Mineral. Geochem., 2005, vol. 58, pp. 259–274.
Farley, K., He Diffusion Systematic in Minerals: Evidence from Synthetic Monazite and Zircon Structure Phosphates, Geochim. Cosmochim. Acta, 2007, vol. 71, pp. 4015–4024.
Farley, K.A. and Stockli, D.F., (U-Th)/He Dating of Phosphates: Apatite, Monazite, and Xenotime, Rev. Mineral. Geochem., 2002, pp. 559–577.
Gerling, E.K., Sovremennoe sostoyanie argonovogo metoda opredeleniya absolyutnogo vozrasta i ego primenenie v geologii (Modern State of Argon Method of Age Determination and its Application in Geology), Moscow: Akad. Nauk SSSR, 1961.
Gerling, E.K., Heat of Helium Diffusion as Criterion for Suitability of a Mineral for Age Determination using He Method, Dokl. Akad. Nauk SSSR, 1939, vol. 24, no. 6, pp. 570–573.
Ghoniem, N., Sharafat, S., and Williams, J. Theory of Helium Transport and Clustering in Materials under Irradiation, J. Nucl. Mater., 1983, vol. 117, pp. 96–105.
Gol’tsev, V.P. and Guseva, T.M., Properties and Behavior of Boron Carbide under Irradiation, in Pogloshchayushchie materialy i sterzhni regulirovaniya bystrykh reaktorov, (Absorbing Materials and Regulation Rods of Rapid Reactors), 1973, pp. 293–316.
Holland, H.D., Radiation Damage and Its Use in Age Determination, in Nuclear Geology, Faul, H., Ed., New York: Wiley, 1954, pp. 175–179.
Hurley, P.M., The Helium Age Method and the Distribution and Migration of Helium in Rocks, in Nuclear Geology, Faul, H., Ed., New York: Wiley, 1954, pp. 301–329.
Kamaev, D.N., Arguchov, S.A., and Mikhailov, G.G., Study and Thermodynamic Description of the ZrO2-SiO2 System, Fiz. Khim. Tekhnol. Neorg. Mater., 2004, vol. 4, no. 26, pp. 39–41.
Krylov, D.P. and Shukolyukov, Yu.A., Xenon Migration in Zircon, Petrologiya, 1994, vol. 2, no. 3, pp. 259–265.
Krylov, D.P. and Shukolyukov, Yu.A., Xes-Xen Age of Two Zircon Samples from the Napier Complex, Enderby Land, East Antarctica, Petrologiya, 2003, vol. 11, no. 1, pp. 102–109 [Petrology (Engl. Transl.), vol. 11, no. 1, pp. 94–98].
Low Temperature Thermochronometry, Rosso, J.J., Ed., Rev. Mineral. Geochem., 2005, vol. 58.
Mortimer, E., Foeken, J., Strecker, M., and Stuart, F., Evolution of a Young Rift Border-Fault System Constrained by Low Temperature (U-Th/He) Thermochronometry: North Basin, Malawi Rift, East Africa, 2006, www.agu.org.
Neklyudov, I.M. and Tolstolutskaya, G.D., Gelii i vodorod v konstruktsionnykh materialakh (Helium and Hydrogen in Constructional Materials), Khar’kov: Khar’k. Fizikotekh. Inst., 2003, pp. 1–15.
Ozima, M. and Podosek, M.A., Noble Gas Geochemistry, Cambridge: University Press, 1983.
Pettke, T., Frei, R., Kramers, J.D., and Villa, I.M., Isotope Systematics in Vein Gold from Brusson, Val d’Ayas (NW Italy) 3. (U + Th)/He and K/Ar in Native Au and Its Fluid Inclusions, Chem. Geol., 1997, vol. 135, pp. 173–185.
Reich, M., Ewing, R., Ehlers, T., and Becker, U., Low-Temperature Anisotropic Diffusion of Helium in Zircon: Implications for Zircon (U-Th)/He Thermochronometry, Geochim. Cosmochim. Acta, 2007, vol. 71, pp. 3119–3130.
Reiners, P., Zircon (U-Th)/He Thermochronometry, Rev. Mineral. Geochem, 2005, vol. 58, pp. 151–179.
Rutherford, E., Radioactive Transformations, New York: Charles Scriber’s Sons, 1906.
Saadoune, I., Purton, J., and Leeuw, N., He Incorporation and Diffusion Pathways in Pure and Defective Zircon ZrSiO4: A Density Functional Theory Study, Chem. Geol., 2009, vol. 258, pp. 182–196.
Shukolyukov, Yu.A. and Ashkinadze, G.Sh., Complex Study of Helium, Argon, Xenon, and Krypton Migration in Some Minerals, Geokhimiya, 1967, no. 10, pp. 1082–1987.
Shukolyukov, Yu.A., Fugzan, M.M., Paderin, I.P., Sergeev, S.A., and Krylov, D.P., Geothermochronology Based on Noble Gases: I. Stability of the U-Xe Isotope System in Nonmetamict Zircon, Petrologiya, 2009, vol. 17, no. 1, pp. 3–27 [Petrology (Engl. Transl.), vol. 17, no. 1, pp. 1–24].
Shuster, D. and Farley, K., The Influence of Artificial Radiation Damage and Thermal Annealing on Helium Diffusion Kinetics in Apatite, Geochim. Cosmochim. Acta, 2009, vol. 73, pp. 183–196.
Shuster, D., Flowers, R., and Farley, K., The Influence of Natural Radiation Damage on Helium Diffusion Kinetics in Apatite, Earth Planet. Sci. Lett., vol. 249, 2006, pp. 148–161.
Starik, I.E., Yadernaya geokhronologiya (Nuclear Geochronology), Moscow-Leningrad: Akad. Nauk SSSR, 1961.
Strutt, R., The Accumulation of Helium in Geologic Time, III. Proc. Roy. Soc. London. Ser. A, 1910, vol. 83, pp. 298–301.
Svetukhin, V.V., Suslov, D.N., and Risovanyi, V.D., Model’ desorbtsii inertnykh gazov iz obluchennykh reaktornykh materialov, (Model of Desorption of Inert Gases from Iradiated Reactor Materials), 2005, http://www.niir.ru.
Wolf, R.A., Farley, K.A., and Kass, D.M., Modelling of the Temperature Sensitivity of the Apatite (U-Th)/He Thermochronometer, Chem. Geol., 1998, vol. 148, pp. 105–114.
Zeitler, P.K., Herczeg, A.L., McDougall, I., and Honda, M., (U-Th)/He Dating of Apatite: a Potential Thermochronometer, Geochim. Cosmochim. Acta, 1987, vol. 51, pp. 2865–2868.
Zircon, Rev. Mineral. Geochem. Hanchar, J.M., and Hoskin, P.W., Ed., 2003, vol. 53.