•Izotopová geochemie – izotopy Pb •doc. RNDr. Lukáš Krmíček, Ph.D. l.krmicek@gmail.com • ascr mu LOGO-GFZ logo vut pb prosetin-dravit •Olovo Nejběžnějším minerálem je sulfid olovnatý – galenit (PbS) galenit • •Olovo – chemická značka Pb (lat. Plumbum) je nízkotavitelný (327 °C), měkký, velmi těžký, toxický kov. •Ve sloučeninách: Pb2+ a Pb4+ prosetin-dravit •Olovo ShinyPeriodicTable Lead_electrolytic_and_1cm3_cube • •Pb známé již od starověku (3. tisíciletí př. n. l.). Není znám konkrétní objevitel. • •Ryzí olovo se v přírodě vyskytuje vzácně. Olovo je převážně vázáno ve sloučeninách: galenit (PbS), cerusit (PbCO3), anglesit (PbSO4). • • prosetin-dravit •Olovo big anglesite 18 Anglesit Cerusitetsumeb2 Cerusit • •Radiogenní izotopy olova vznikají jako finální produkt radioaktivního rozpadu uranu a thoria, což je proces produkující tepelnou energii, díky které může probíhat například desková tektonika, a je tedy obrazně řečeno hnacím motorem planety Země. • •V geologii se izotopy Pb hojně užívají jednak k datování minerálů a hornin, jednak k petrogenetickým studiím. • •Olovo (82Pb) vyskytující se v přírodě se skládá ze čtyř stabilních izotopů: • –204Pb (1,4 %) je neradiogenní, –206Pb (24,1 %) vzniklo jako finální produkt rozpadu uranu 238U, –207Pb (22,1 %) vzniklo jako finální produkt rozpadu uranu 235U, –208Pb (52,4 %) vzniklo jako finální produkt rozpadu thoria 232Th. – prosetin-dravit •Olovo • •Pb rozpadové řady: • • 238U → 206Pb • (uran-radiová řada; T½ = 4,47 Ga) • • 235U → 207Pb • (aktiniová řada; T½ = 710 Ma) • • 232Th → 208Pb • (thoriová rozpadová řada; T½ = 13,9 Ga) • • Recentní poměr 238U/235U = 137,8; mezi těmito izotopy nedochází k izotopové frakcionaci. prosetin-dravit •Olovo • •Pro modelování různých geologických procesů se používají nejčastěji poměry radiogenních izotopů ku izotopu neradiogennímu. • •Během frakcionace se poměry izotopů olova již nemění díky zanedbatelnému rozdílu hmotností jednotlivých izotopů. • •Díky unikátní schopnosti izotopů olova zachovávat stejné poměry jak v původním zdroji, tak i po frakcionaci, je Pb-izotopová geochemie nepostradatelnou metodou jednak při studiu zdrojových rezervoárů magmatu, jednak při zkoumání toho, zda mohlo být magma ovlivněno interakcí s taveninou pocházející z jiného zdroje, který nese odlišnou izotopovou signaturu. • • • • prosetin-dravit •Olovo prosetin-dravit •Postup chemické separace Pb • prosetin-dravit •Výsledek chemické separace Pb kapka Pb Následně analyzujeme například pomocí hmotové spektrometrie s termální ionizací (TIMS): 206Pb/204Pb, 207Pb/204Pb, 208Pb/204Pb. prosetin-dravit •Olovo – základní literatura prosetin-dravit •Olovo – základní literatura prosetin-dravit •Olovo – základní literatura prosetin-dravit •Olovo – základní literatura • •Iniciální (primordiální) izotopické složení olova je odvozeno ze složení meteoritů. • •Nejčastěji jsou používány hodnoty naměřené v troilitu (FeS) z železného meteoritu nalezeného v arizonském kráteru „Canyon Diablo“: 206Pb/204Pb = 9,3 207Pb/204Pb = 10,3 208Pb/204Pb = 29,5 • • • • prosetin-dravit •Stáří Země 1280px-Holsinger_Meteorite „Holsinger Meteorite“; stáří Země je 4,55 Ga ± 70 Ma. Barringer-Crater „Barringerův kráter“ prosetin-dravit •Izotopový vývoj Pb v zemských rezervoárech Jednostupňový model izotopového vývoje Pb v zemských rezervoárech s různým složením 238U/204Pb (μ). Od počátku vzniku Země poměr 207Pb/204Pb zprvu prudce vzrůstal, ale postupem času jeho nárůst výrazně zvolnil, neboť byl mateřský izotop 235U časem stále více spotřebováván. prosetin-dravit Dvoustupňový model izotopového vývoje Pb v zemských rezervoárech s různým složením 238U/204Pb (μ) - Stacey a Kramers (1975). Olovo, uran a thorium mají větší tendenci zavazovat se do zemské kůry, kde se uran a thorium dále rozpadají, a proto je poměr izotopů olova v korovém materiálu oproti plášti vyšší. •Izotopový vývoj Pb v zemských rezervoárech prosetin-dravit Zartman a Doe (1981) •Izotopový vývoj Pb v zemských rezervoárech prosetin-dravit •Rezervoáry Pb OKKK • • •Astenosférický svrchní plášť je zdrojem tholeiitických bazaltů vznikajících na středooceánských riftech (MORB), kde vytvářejí novou oceánskou kůru. Bazalty typu MORB jsou ochuzeny o velké množství nekompatibilních prvků, včetně U, Th a Pb, jejich dominantní zdroj je tedy označován jako ochuzený plášť (DM). • prosetin-dravit •Rezervoáry Pb MORB 206Pb/204Pb ~ 17,5 OKKK • • •Obohacený plášťový rezervoár HIMU (High µ = 238U/204Pb) se vyznačuje vysokým obsahem radiogenního olova. • •Vysoké hodnoty µ bylo dosaženo jednak nabohacením subdukované oceánské kůry o uran z mořské vody, do níž se U dostal ze sedimentů vzniklých zvětráváním U-bohaté svrchní kůry, jednak ochuzením oceánské kůry o stabilní izotopy olova, které na středooceánských riftech díky hydrotermální aktivitě krystalizuje za vzniku galenitu. prosetin-dravit •Rezervoáry Pb HIMU 206Pb/204Pb ~ 21 MORB + HIMU = NHRL OKKK prosetin-dravit •Rezervoáry Pb Na jižní polokouli byla objevena izotopová anomálie, která je označována zkratkou DUPAL, vycházející z příjmení autorů, kteří ji poprvé identifikovali (Dupre a Allègre, 1983) • • •Obohacený plášť (EM) může být dvojího typu – jednak obohacený díky hlubinným mineralizovaným fluidům či recyklací materiálu spodní kůry (EM I), jednak díky přínosu svrchnokorových sedimentů v důsledku subdukce, popřípadě mísením pláště se subkontinentální litosférou (EM II). prosetin-dravit •Rezervoáry Pb EM I 206Pb/204Pb ~ 18 EM II 206Pb/204Pb ~ 19 OKKK • • •Bazalty vzniklé z magmatu vyneseného z hranice plášť–jádro byly při výstupu obohaceny o některé komponenty ze spodního pláště. Tento typ komponenty, který označujeme jako FOZO (Focal Zone), se vyznačuje o něco nižším poměrem 206Pb/204Pb (18,5–19,5) oproti HIMU. prosetin-dravit •Rezervoáry Pb FOZO 206Pb/204Pb ~ 20 OKKK prosetin-dravit ok •Příklad užití Pb izotopů prosetin-dravit •Příklad špatného užití Pb izotopů prosetin-dravit •Příklad špatného užití Pb izotopů prosetin-dravit •Poznámka k ukončení předmětu IG • • •Výuka ve středu 6. 12. již nebude (viz domácí úkol v následujícím cvičení) •Předpokládané datum předtermínu je středa 13. 12. (od 16:00). Ke zkoušce budou připuštěni studenti, kteří mají dostatečnou účast na cvičeních, tj. max. 3 absence. •Písemný test, který bude vycházet z prezentací k jednotlivým izotopovým systémům vložených do ISu do 6. 12. •Test nebude obsahovat výpočetní příklady; test bude „kroužkovací“ (1 b.) i „vypisovací“ (2 b.); –100-90 % A –90-80 % B –80-70 % C –70-60 % D –60-50 % E