11/13/2014
REFERANS KİTAPLAR
Faure, G. , 1986 (2nd edition), Principles of Isotope Geology :
John Wiley and Sons, New York, 589 p.
IZOTOP JEOKİMYASI
Bowen, R., 1988, Isotopes in the Earth Sciences : Elsevier,
London, 647 p.
De Paolo, D.J., 1988, Neodymium Isotope Geochemistry :
Springer-Verlag, Berlin, 187p.
Ozima, M. and Podosek, F.A., 1983, Noble
Geochemistry : Cambridge University Press, 367 p.
gas
Dickin, A., 1995. Radiogenic Isotope Geology: Cambridge
University Press, 490 p.
Attendorn, H. G. and Bowen, R., 1996 (2nd edition).
Radioactive and Stable Isotope Geology : Chapman and Hall,
522 p.
GİRİŞ
GİRİŞ
IZOTOPLAR
Aynı atomik sayı – Farklı Atomik Kütle
IZOSTON: Farklı atom numarası – Farklı atomik kütlesi
Atom numarası = No. of Protons
Atomik Kütle = No. of Protons + No. of Neutrons
IZOBAR : Farklı atom numarası –Aynı atomik kütlesi
Proton Sayısı = Z
Netron Sayısı = N
Atom Numarası = Z
Atom Kütlesi = A = Z + N
CHART OF NUCLIDES
İZOTOPLAR
İzotop atomlar 2 gruptur
RADYOAKTİF İZOTOPLAR
6
Z
Be
4
1
H
1
3
He
2
2
H
1
5
Li
3
4
He
2
3
H
1
7
Be
4
6
Li
3
5
He
2
8
Be
4
7
Li
3
6
He
2
9
Be
4
8
Li
3
IZOTOPLAR
ISOTOPES
N
10
Be
4
9
Li
3
8
He
2
11
Be
4
12
Be
4
IZOSTONLAR
ISOSTONES
IZOBARLAR
ISOBARS
DURAYLI IZOTOPLAR
RADYOJENİK İZOTOPLAR
Radyoaktif izotopların bozuşması yoluyla oluşur.
Radyoaktif veya duraylı olabilir.
Radyoaktif İzotop = Ana izotop
Radyojenik izotop = Kız izotop
1
11/13/2014
RADYOAKTİF
İZOTOPLAR
Radyoaktif bozuşma ile diğer elementlere
dönüşebilir.
Doğal bollukları radyoaktif bozuşma ile kontrol
edilir.
En genel kullanılan radyoaktif – radyojenik
izotop çiftleri:
Rb – Sr
Sm – Nd
U, Th – Pb
Radyoaktif Bozuşma Denklemi:
Radyoaktif (Ana) Izotoplar için:
N = N0 e -t
N = Radyoaktif (ana) izotopun herhangi bir t zamanındaki miktarı
N0 = Radyoaktif (ana) izotopun bozuşma başlamadan önceki ilksel
miktarı
 = radyoaktif bozuşma sabiti
t = Radyoaktif bozuşmanın başladığından beri geçen zaman
Radyojenik (Kız) İzotoplar için:
D = D 0 + D*
D = Radyojenik (kız) izotopun herhangi bir t zamanındaki miktarı
D0 = Radyojenik (kız) izotopun bozuşma başlamadan önceki sistemde
bulunan ilksel
miktarı
D* = Radyoaktif bozuşma ile üretilen radyojenik izotopun miktarı
RADYOAKTİF
İZOTOPLAR
Başlıca Uygulamalar
Jeokronoloji (yaş tayini)
 Jeokimya
• Jeokimyasal çalışmalarda
 Yerkabuğunun gelişimi
 Petrojenez
 Cevher kökeni
 Akışkan-Kayaç etkileşimi
 Kayaç ve minerallerin oluşum sıcaklıklarının tayini
D* = N0 – N
N = N0 e-t
D* = N et - N
D* = N (et - 1)
D = D0 + D*
D = D0 + N (et - 1)
Radioactive (parent) isotope
- bozuşması
Pozitron bozuşması
Elektron yakalaması
Nükleer fizyon
Dallanmış (Branched) bozuşma
Bu derste :
•- ve -bozuşması
Radiogenic (daughter) isotope
87Rb
87Sr
147Sm
143Nd
238U
206Pb
235U
207Pb
232Th
208Pb
(87Sr) = (87Sr)0 + (87Rb) (e(87Rb)t-1)
(143Nd) = (143Nd)0 + (147Sm) (e(147Sm)t-1)
(206Pb) = (206Pb)0 + (238U) (e(238U)t-1)
(207Pb) = (207Pb)0 + (235U) (e(235U)t-1)
(208Pb) = (208Pb)0 + (232Th) (e(232Th)t-1)
Radioactive Bozuşma
Mekanizmaları
-bozuşması
N0 = N et
-bozuşması:
Bir nötronun bir proton ve bir elektrona dönüşmesi
--------------------------------------------------------------------------------------------
IZOTOP
ATOM NUM. Nötron num..
(Proton no.)
------------- -------------------
Radyoaktif
Radyojenik
Z
Z+1
----------------
ATOM KÜTLESİ
(Proton no.+nötron no.)
----------------------------------
N
N-1
A
A
--------------------------------------------------------------------------------------------
e.g. Rb-Sr Sistem
Radyoaktif (ana)
87
37Rb
Radyojenik (kız)
87
38Sr
+ -
2
11/13/2014
Rb-Sr, Sm-Nd, U-Pb ve Th-Pb sistemleri ile
ilgili bozuşma parametreleri
-bozuşması:
Bir -partikülünün atom çekirdeğinden atılması ile olur
–
Bozuşma denlemi
- partikülü = 2 proton+ 2 nötron = 42He
Bozuşma
Sabitesi
(y-1)
Yarılanma
ömrü (y)
Referans
Izotop
1.42 x 10-11
48.8 x 109
86Sr
 143Nd + 
6.54 x 10-12
106 x 109
144Nd
 206 Pb + 8 
1.5511 x 10-10
4.268 x 109
204Pb
 207 Pb + 7 
9.8485 x 10-10
0.7038 x 109
204Pb
 208 Pb + 6 
4.9475 x 10-11
14.010 x 109
204Pb
------------------------------------------------------------------ATOM NUM. Nötron num.
ATOM KÜTLESİ
(Proton no.)
(Proton num.+nötron num.)
------------- ------------------- ---------------- -----------------------------Radyoaktif
Z
N
A
Radyojenik
Z-2
N-2
A-4
IZOTOP
87Rb
 87Sr +  -
147Sm
238 U
--------------------------------------------------------------------e.g. Sm-Nd Sistem
235 U
Radyojenik (ana)
147 Sm
62
Radyojenik (kız)
143 Nd + 4 He ()
60
2
232 Th
JEOKRONOLOJİ
UYGULAMALAR
Rb-Sr & Sm-Nd SİSTEMLER
Most radioactive nuclei (like Uranium-238) undergo a series of decays
(„chain“) until a stable isotope (here Lead-206) is reached Note the different
half-lives (Source: Univ. Heidelberg, Geochronology Lab).
Rb-Sr & Sm-Nd SYSTEMS
Rb-Sr & Sm-Nd SYSTEMS
b
initial 87Sr/86Sr a
ISOCHRON (y = a + bx)
b
Whole Rock
Whole Rock
87Sr/86Sr
143Nd/144Nd
87Sr/86Sr
ISOCHRON (y = a + bx)
87Sr/86Sr
y
y
Biotite
Apatite
initial 143Nd/144Nd a
87Rb/86Sr
x
147Sm/144Nd
Eş yaşlı kayaçlar aynı izokron üzerine düşerler
Grafikteki 87Sr/86Sr, 87Rb/86Sr, 143Nd/144Nd, 147Sm/144Nd güncel
oranlardır
İzokronun y ekseni ile keşiştiği nokta o izotopun ilksel oranının verir.
Izokronun eğimi yaşı verir
Eğim = b = (e t –1)  t bulunabilir
87Rb/86Sr
87Rb/86Sr
x
Düz bir izokron elde edebilmek için, dolayısı ile yaş elde edebilmek için
en az iki ölçüm almak gerekir.
Bu iki ölçüm;
 Bir kayaç üzerinde 2 ölçüm olabilir
 Iki kayaç üzerinde 2 ölçüm olabilir
 Tek bir kayaç örneğinde 2 ayrı mineral üzerinde olabilir  izokron
tam olarak
belirlenir.
3
206Pb*/238U
11/13/2014
JEOKRONOLOJİK
UYGULAMALAR
U-Pb SİSTEMLERİ
Concordia
3
2
Discordia
1
207Pb*/235U
Yer kabuğunun gelişiminde Radyoaktif İzotoplar:
Sr-Nd IZOTOP KARŞILAŞTIRMA DİYAGRAMI
BE:
Bulk Earth (Toplam
Yerküre)
 Sr
-50
50
0
100
150
200
0.5135
JEOKİMYASAL
UYGULAMALAR
MORB
+10
Island Arc Volcanics
0.5130
BE
0.5125
OIB
0
Continental Margin Volcanics
Mantle Array
-10
0.5120
+UC
0.5115
0.5110
0.700
Lewisian Granulites
0.704

0.708
0.712
87Sr/86Sr
-20
Continental
Sediments
0.716
0.720
-30
MORB:
Mid-Ocean Ridge
Basalts
(Okyanus Ortası Sırtı
Bazaltları)
(tüketilmiş
üst manto)
Nd
OIB:
Ocean Island Basalts
(Okyanus adası
bazaltları)
(tüketilmemiş manto)
UC:
Upper Crust
(Üst Kabuk)
(zenginleşmiş rezervuar)
DURAYLI İZOTOPLAR
DURAYLI İZOTOPLAR
Radyoaktif bozuşma göstermezler
Doğal bollukları isotope fractionation ile
kontrol edilir
Fraksiyonlanmanın kapsamı izotoplar
arasındaki kütle farkı ile kontrol edilir (m/m)
Fraksiyonlanma daha çok atom kütlesi 40
dan küçük olan elementler için belirgindir (m)
< 40
4
11/13/2014
JEOLOJİK SÜREÇLERDEKİ İZOTOP AYRIMLAŞMASI
TABİAT DA PEK ÇOK ELEMENTİN BİRDEN ÇOK DURAYLI İZOTOPU
BULUNMAKTADIR.
•BİR ELEMENTİN BÜTÜN İZOTOPLARI AYNI KİMYASAL ÖZELLİKLERE
SAHİP OLMAKLA BİRLİKTE, ATOMİK KÜTLELERİNDEKİ FARKLILIK
SEBEBİYLE, BAZI JEOLOJİK SÜREÇLER SIRASINDA, ELEMENTİN
İZOTOP DAĞILIMLARINDA FARKLILIKLAR GÖZLENEBİLİR.
•BUNA İZOTOP AYRIMLAŞMASI DENİR
AYRIŞIMLARIN SEBEBİ, MOLEKÜL VEYA KRİSTAL YAPISINDA
BULUNAN AĞIR VE HAFİF ATOMLARIN TİTREŞİM FREKANSLARINDAKİ
FARKLILIKLARDIR.
•BU
•AĞIR
ATOMLARIN TİTREŞİM FREKANSI, HAFİF ATOMLARA GÖRE
DAHA DÜŞÜK OLDUĞUNDAN, AĞIR ATOMLARIN DİĞER ATOMLARLA
YAPTIĞI BAĞLAR DAHA KUVVETLİ OLMAKTADIR.
JEOLOJİK SÜREÇLERDEKİ İZOTOP AYRIMLAŞMASI
İKİ ANA MEKANİZMA YOLUYLA GERÇEKLEŞİR
1.DENGE DURUMU AYRIMLAŞMASI: İKİ VEYA DAHA
FAZLA SAYIDAKİ BİLEŞEN ARASINDA İZOTOPİK
DENGEYİ SAĞLAYAN DEĞİŞİM REAKSİYONLARIDIR.
SADECE 16O İÇEREN CO2 MOLEKÜLÜ, SADECE
18O İÇEREN H2O MOLEKÜLÜ İLE REAKSİYONA
GİRERSE;
½ C 16O2 +H2 18O= ½ C 18O2 + H2 160
2. KİNETİK AYRIMLAŞMA: İZOTOPİK DENGENİN
OLMADIĞI DURUMLARDA OLUŞUR. FİZİKSEL
VEYA KİMYASAL REAKSİYONLARDA, HAFİF
İZOTOPUN
REAKSİYON
HIZININ
AĞIR
İZOTOPUNKİNE ORANLA DAHA YÜKSEK OLMASI
SEBEBİYLE GERÇEKLEŞİR.
3. FİZİKSEL REAKSİYONLARDAKİ AYRIMLAŞMAYA
ÖRNEK
OLARAK
SUYUN
BUHARLAŞMASI
VERİLEBİLİR. BUHARLAŞMA SÜRECİNDE HAFİF
İZOTOPLAR ( 1H VE 16O) BUHAR FAZINDA, AĞIR
İZOTOPLAR ( D VE 18O) İSE SIVI FAZINDA
ZENGİNLEŞMEKTEDİR.
4. KİMYASAL REAKSİYONLARDA AYRIMLAŞMAYA
ÖRNEK İSE, BAKTERİLERİN KATALİZÖRLÜĞÜ
ALTINDA SÜLFAT İYONUNUN ( SO4-2) SÜLFÜRE
(S-2, HS-, H2S)’E İNDİRGENMESİDİR
H, O ve S İzotopları ile alakalı
parametre ve referans standardlar
Hidrojen
D
Ölçülen
Oran
D/H
Oksijen
18O
18O/16O
*SMOW
Kükürt
34S
34S/32S
+CD
Element
Parametre
Referans
Standart
*SMOW
Duraylı İzotoplar
Duraylı izotoplar (m<40) jeolojik
materyallerde bulunan duraylı izotoplar

H, O, S, C, N
Hidrojeoloji & Cevher Kökeni 
H, O, S özellikle önemlidir.
GÖSTERİM
(18O/ 16O)örnek - (18O / 16O)standart
 18O (‰) = ---------------------------------------------- x 103
(18O / 16O)standart
(D / H)örnek - (D / H)standart
 D (‰) = ------------------------------------------- x 103
(D / H)standart
*SMOW
+CD
= Standard Mean Ocean Water, (Standart ortalama deniz suyu)
= Troilite phase in Canyon Diablo meteorite (Canyon Diablo meteoriti)
Standart = SMOW (Standard Mean Ocean Water)
5
11/13/2014
Jeotermal Akışkanın Kaynağı
Duraylı H- & O-İzotoplar
Jeotermal Akışkanın Kaynağı
Duraylı H- & O-İzotoplar
SMOW
+
0
Doğal Suların Kökenleri:
Metamorphic
Waters
-40
Meteorik Su (yağmur, kar)
Deniz Suyu
Fosil Sular
Magmatic Waters
Metamorphic Waters
1.
2.
3.
4.
5.
D (per mil)
Field of
Formation
Waters
-80
Magmatic
Waters
Most igneous
biotites &
hornblendes
-120
-20
-10
0
10
20
30
18O (per mil)
Jeotermal Akışkanın Kaynağı
Duraylı H- & O-İzotoplar
İzotopik konfigürasyonlar
(H216O, H217O, H218O, HD16O, HD17O, HD18O, D216O, D217O, D218O
precipitation
1
H, 16O
D, 18O
1
H, 16O
precipitation
1
H, 16O
1
D, 18O
H, 16O
D, 18O
evaporation
 = (18O/16O)
/ (18O/16O)
18
sıvı
buhar
D, 18O
Ocean
D,18O
Buhar basıncı, izotopların kütleleri ile ters orantılıdır
H216O molekülü > D218O molekülü
River
Seepage
 = (D/H)
/ (H/D)
D
sıvı
buhar
(D/H)
vapor
(18O /
< (D/H) water
18
O) vapor< ( O /
16
16
O)water
Jeotermal Akışkanın Kaynağı
Duraylı H- & O-İzotoplar
+
0
SMOW
SOY GAZLAR
Evaporation
-40
Condensation
Water-Rock
Interaction
-80
-120
-12
-8
-4
0
del-18 O (per mil)
6
11/13/2014
RARE GASES
Soy Gazlar= Noble Gases = Inert Gases
Jeokimyasal çalışmalarda
kullanılanlar He, Ne, Ar, Kr, Xe
En yaygın olarak kullanılanı ise  He
SOY GAZLAR: He-Izotopları
Helium 2 duraylı izotopa sahiptir:
3He
4He
He-ISOTOPES: Main Components
Radyojenik-He
Tritiugenic-He
Primordial-He
7
Download

Radyoaktif İzotoplar