Li, Be, B stabil izotópjai

Átírás

1 Li, Be, B stabil izotópjai

2 Nuklid táblázat könnyű elemekre Stabil izotóp Faure, 1998

3 Li, Be, B A könnyű elemek közül a Li, B, Be természetes relatív gyakorisága anomálisan kicsi. Oka: csak(?) kozmikus sugárzással képződnek; az atommagjuk nem elég stabil és felhasználódtak más elemek keletkezésekor (nagy T, pl. He-égés). Ez alól kivétel a 7 Li izotóp, amely az ősrobbanás keletkezhetett ( 7 Li/D = 10-9 ).

4 Li geokémia: Vizes fluidumokban gazdagodik (tetraéderesen koordinálja 4 H 2 O molekula), tehát erősen fluidum-mobilis és inkompatibilis. D szil/olv értéke a legtöbb köpeny ásványra 0,1-1,0 között változik, ami megszabja viselkedését parciális olvadás és frakcionációs kristályosodás közben Köpenyben (főleg olivinben és piroxénben néhány ppm-ben) is jelen van az M1 oktaéderes koordinációban (kovalens kötésben), Továbbá a szigetív lávákban viszonylag nagy koncentrációban, ahol nagy a Li/immobilis elem arány (pl. Li/Y vagy Li/Yb) a köpenyben szubdukált anyag kimutatására is alkalmas. Rétegszilikátokban - amelyek hidrotermális átalakulások - erősen dúsul (az oktaéderes pozicióban van), ami növeli az esélyét a heterogén forrásnak (kéreg+ köpeny).

5 Li distribution coefficients are commonly poorly known as a function of p-t and mineral composition A hosszú tartózkodási idő miatt a Li koncentrációja a tengervízben homogén (kb 180 μg/l), izotóparánya ~32-33 ( 7 Li). Az idővel történő változása nem ismert, de foraminifera vizsgálatok kiderítették, hogy a Ca/Li arány az elmúlt 40 millió évben változatlan volt.

6 A természetben két stabil izotópja: 6 Li (7,5), 7 Li (92,5). Urey elsőként ioncserés kromatográfiával 6 Li és 7 Li izotópok elválasztása frakcionáció 1988-tól új szakasz: - tengervíz: +33 δ 7 Li Az 7 Li > 6 Li, ezért az izotóparányokra használt felírást, (nehezebb/könnyebb izotóp), sokszor felcserélve használták így a kapott érték hasonló a többi stabil izotóparányhoz. 7 Li/ 6 Li=12, ( 6 Li/ 7 Li=0,08274) Az irodalomban mindkét izotóparánnyal találkozhatunk! Standardok: NBS L-SVEC (= mesterséges Li 2 CO 3 ) vagy NIST SRM-8545

7

8 Li izotópjai: A fluidumokhoz való affinítása miatt, a fluidum/kőzet kölcsönhatások jó jelzője az izotópok kis hőmérsékletű szilárd/fluidum rendszerekben jelentősen frakcionálódnak: a 6 Li inkább a Mg-gazdag szilikátokban marad vissza, míg a 7 Li távozik a fluidumba és olvadékba, Szuperkritikus fázisban nincs Li-izotóp frakcionáció. Tehát: nagy δ 7 Li a fluid fázis jelenlétére vagy tengervíz által átalakított kéreg jelenlétére/hatására utal, kis δ 7 Li mélyebb, metaszomatizált kéreg anyagot jelez (vagy az átalakulás miatt bekövetkezett Li veszteséget). Elemzése: TIMS, főleg MC-ICP-MS, in situ SIMS /a totált EMPA(!)-val is/.

9 Li-tartalom és a δ 7 Li értéke különböző kőzetekben Pelágikus agyag Li (max ppm) δ 7 Li: Tengeri karbonátos üledék Li ( ppm) δ 7 Li: MORB Li ( ppm) δ 7 Li: idős, mállott MORB nehéz Li izotópokban, δ7li: > +6 - fiatal, üde MORB könnyű Li izotópokban gazdagabb: δ7li: üde OIB részben átfed az üde MORB adatokkal δ 7 Li: , IAB nincs térbeli változatosság, leggyakoribb δ 7 Li: Az átalakult bazalt δ 7 Li értéke nagy a tengervíz 7 Li-izotóp tartalma miatt. Li izotóp (δ 7 Li) változik az alábukó lemezben, mégpedig a könnyű izotópban gazdagodhat némileg a metamorfózis előrehaladtával a nehezebb Li-izotóp az illóval távozik a kis-t devolatilizáció során.

10 Depth profile of Li isotopic composition (a) and concentration (b) in drilled oceanic crust at ODP Sites 504B (open symbols) and 896A (filled symbols) off Costa Rica (Chan et al. 2002a). The transition zone exhibits mixing between hydrothermal fluids and seawater. Average lithium isotopic ( 7 Li) composition of bulk samples decreases with depth: upper volcanic zone = +7.8, lower volcanic zone = +6.4, transition zone = +5.4, sheeted dikes = However, despite many sheeted dike samples having 7 Li less than unaltered MORB, there is no simple relationship between concentration and Li isotopes. Tomascak, RMG, 2004

11 Szigetív bazaltok δ 7 Li változása a szubdukciós lemez anyagának körforgásának (fluidum transzfer, metamorfózis, olvadás, kristályosodás) nyomozására ad lehetőséget (2000-as évektől), mert: 1) szubdukált anyag Li cc. nagy, és AOC (altered oceanic crust) δ 7 Li > MORB δ 7 Li; 2) kis T-en a kőzet-fluid relációban a Li-izotópok frakcionálódnak: 6 Li inkább a Mg-gazdag szilikátokban marad vissza, míg 7 Li távozik a fluidummal; 3) nagy T-n (köpeny) nincs vagy nagyon kicsit az izotóp frakcionáció, így a köpenyből származó fluidumok ((és olvadékok)) őrzik a forrás (AOC, pelágikus üledék) δ 7 Li értékét.

12 Li körforgása (cc & δ7li) accretionary prism melting mantle wedge Li: 1-2 ppm δ 7 Li: Wunder et al., CMP 06

13 Li isotope cycle, reflecting the interaction between surface and deep reservoirs

14 The δ 7 Li values and Li concentrations are relative to normal mantle values of δ 7 Li = +2 to +6 and Li = 1 to 2 ppm. The formation of dunite and chromitite is treated as two processes in this model, we suggest that both are formed in a single, continuous process. Su et al., 2016

15 Litium és δ 7 Li üledékekben: - Pelágikus üledék: kis (<10 ppm) és nagy (70 ppm) Li-tartalom közepes - nagy δ 7 Li: Vulkanogén üledék: közepes Li-tartalom (14 ppm), közepes δ 7 Li: ~ +6 ; - Terrigén, agyagos üledék: nagy Li-tartalom (>74 ppm), kis δ 7 Li: , - Karbonátos üledék: változatosság a Li- és δ 7 Li-ban, eltérő a tengeri és szárazföldi karbonátok Li-tartalma és δ 7 Li értéke (δ 7 Li: és >-10 ).

16 Plot of Li isotopic composition vs. inverse Li concentration for lakes and basinal/oilfield brines. Lakes: open circle = major global lakes (Chan and Edmond 1988; Falkner et al. 1997); semi-open circle = western U.S. closed basin lakes (Tomascak et al. 2003). Oilfield brines: inverted triangle = Williston basin, Saskatchewan (Bottomley et al. 2003); diamond = Israeli oilfi elds (Chan et al. 2002d). Mine waters Canadian Shield basinal brines): square = Yellowknife, NWT (Bottomley et al. 1999); triangle = Sudbury, Ontario, area (Bottomley et al. 2003); star = Thompson, Manitoba, area (Bottomley et al. 2003). Average composition of seawater is included for reference. Tomascak, RMG, 2004

17 δ 7 Li: Átlagos folyóvíz: +23 Kontinentális kéreg: 0 Felsőkéreg: ~10 Nem metaszomatizált köpeny: Alpi eklogitok: AOC dehidratáció metamorfózis White, 2003

18 White, 2001

19