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Refining isotope systems: An evaluation of the K-Ar-Ca and U-Pb-rutile chronometers and the global Mo cycle

English title Refining isotope systems: An evaluation of the K-Ar-Ca and U-Pb-rutile chronometers and the global Mo cycle
Applicant Mezger Klaus
Number 153126
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Institut für Geologie Universität Bern
Institution of higher education University of Berne - BE
Main discipline Geochronology
Start/End 01.04.2014 - 30.04.2015
Approved amount 120'088.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Geochronology
Geochemistry

Keywords (2)

geochronology; K decay constant

Lay Summary (German)

Lead
Die Bestimmung der Zerfallskonstante 40K und der Isotopenzusammensetzung von K ist nötig um das K-Ar System für präzise und akkurate Datierungen in der Geologie nutzbar zu machen. Das weit verbreitete Mineral Rutil kann sehr genau mit der U-Pb Methode datiert werden, die geologische Signifikanz dieser Daten muss noch bestimmt werden.
Lay summary

Der Zerfall des Isotops 40K bildet die Grundlage eines der wichtigsten Chronometer in den Geowissenschaften. Die grundlegenden Parameter dieses Zerfalls, die Zerfallskonstante sowie die „branching ratio“ für den Zerfall zu 40Ar und 40Ca ist nur ungenügend bekannt und verhindern somit dass das System Alter mit der gewünschten Genauigkeit von 0.1% liefern kann. Wir planen deshalb die Bestimmung der Parameter mit höchstmöglicher Präzision mittels der Analyse von K-haltigen Mineralen, deren Alter sehr gut bestimmt ist (mit den U-Pb und Rb-Sr Zerfallssystemen) und die nach ihrer Genese nicht mehr gestört wurden. Für einige Chronometer, besonderes das U-Pb System an verschiedenen Mineralen, ist es möglich Alter mit einem gesamten analytischen Fehler von 0.1% zu erhalten. Allerdings ist die Interpretation dieser Alter in einem geologischen Kontext noch sehr problematisch. Ganz besonders gilt dies für das Mineral Rutil, das ihn hochgradigen metamorphen Gesteinen weit verbreitet vorkommt und sehr präzisen U-Pb Alter liefern kann. Um diese Alter in einem geologischen Kontext interpretieren zu können untersuchen wir rutilhaltige Gesteine, deren thermische Geschichte sehr gut bekannt ist. Die Rutile liefern mittels ihres Zr-Gehaltes robuste Information zu ihrer Bildungstemperatur. Somit lässt sich an Einzelkörnern ein Alter und die entsprechende Bildungstemperatur ermitteln.  Diese Alter werden dann mit der bekannten thermischen Geschichte der Gesteine verglichen und daraus ergibt sich Information über das geologische Ereignis oder den Prozess (Wachstum, Abkühlung, Umkristallistion), der durch das präzise U-Pb Alter datiert wird. Somit lässt sich nach dieser Studie dieses Chronometer in unterschiedlichen geologischen Situation anwenden und liefert interpretierbare Alter.

Direct link to Lay Summary Last update: 14.04.2014

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Publications

Publication
Rutile R632 - A New Natural Reference Material for U-Pb and Zr Determination
Axelsson Emelie, Pape Jonas, Berndt Jasper, Corfu Fernando, Mezger Klaus, Raith Michael M. (2018), Rutile R632 - A New Natural Reference Material for U-Pb and Zr Determination, in Geostandards and Geoanalytical Research, 42(3), 319-338.
Constraining the 40K decay constant with 87Rb-87Sr – 40K-40Ca chronometer intercomparison
Naumenko-Dèzes Maria O., Nägler Thomas F., Mezger Klaus, Villa Igor M. (2018), Constraining the 40K decay constant with 87Rb-87Sr – 40K-40Ca chronometer intercomparison, in Geochimica et Cosmochimica Acta, 220, 235-247.
TIMS measurements of full range of natural Ca isotopes with internally consistent fractionation correction.
Naumenko-DèzesM.O. Claudia Bouman C. Nägler Klaus Th. F. Mezger K. Villa I.M. 2015 (2015), TIMS measurements of full range of natural Ca isotopes with internally consistent fractionation correction., in International Journal of Mass Spectrometry , 387, 60-68.

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
Prof. Dr. D. Upadhyay, IIT Kharagpur India (Asia)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Research Infrastructure
Dr. Jasper Berndt-Gerdes, Uni Münster Germany (Europe)
- Publication
- Research Infrastructure
Dr. O. Nebel, Australien National University Australia (Oceania)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
AGU Fall Meeting Talk given at a conference Assessing the 40K decay constant by intercalibration with U-Pb, Rb-Sr and K-Ca chronometers 12.12.2016 San Francisco, United States of America Mezger Klaus; Nägler Thomas; Naumenko Mariia; Villa Igor Maria;


Awards

Title Year
Urey Award of the European Association of Gechemistry 2016
Elected member of the Academia Europaea 2015

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
128713 Acquisition of a new generation multicollector thermal ionisation mass spectrometer for geochemical and cosmochemical studies 01.01.2010 R'EQUIP
131916 Refining isotope systems: An evaluation of the K-Ar-Ca and U-Pb-rutile chronometers and the global Mo cycle 01.10.2010 Project funding (Div. I-III)
131916 Refining isotope systems: An evaluation of the K-Ar-Ca and U-Pb-rutile chronometers and the global Mo cycle 01.10.2010 Project funding (Div. I-III)

Abstract

O. Extension of proposalThis proposal asks for a one year extension of the project: An evaluation of the K-Ar-Ca and U-Pb-rutile chronometers and the global Mo cycle (SNF Nr. 200021-131916). The part of the proposal concerning the global Mo-cycle was not funded and is not discussed any further. The text segments referring to this part of the proposal are no longer part of this proposal and have been removed. The proposal asks for the continued funding of 2 PhD projects that were initially funded for three years to enable the students to complete the projects.The proposal text includes the original background information and research plan with the new additions in italics (section A3 and B3), all of which refer to the progress of the project and its planned extension until completion. 1. SummaryThis project will use natural isotope variations due radioactive decay and fractionation processes in the litho- and hydrosphere to help constrain the dynamics of geologic processes. The determination of the branching ratio of the decay of 40K to 40Ar and 40Ca will improve the quality of one of the most widely used geochronometers in the Earth Sciences. This branching ratio will be determined on natural rock samples containing K-rich minerals whose geologic history is extremely well known. The rock samples chosen contain minerals that are known to yield concordant U-Pb and Rb-Sr ages. The mineral rutile is widespread in medium to high grade rocks and is potentially a useful chronometer that provides high precision ages using the U-Pb system and metamorphic temperatures using the Zr-in-rutile thermometer. It is planned to study the behavior of the U-Pb system and the equilibration of the Zr-contents in natural rutiles from high grade rocks of the petrologically well studied Eastern Ghats belt, India. The results will provide key constraints on the geological meaning of U-Pb rutile ages and the robustness of the Zr-in-rutile thermometer. The distribution of ages in a rutile obtained by in situ spot analyses will be modeled to derive the thermal history of the minerals grains and their host rocks. The result of this project will be the development of a geochronometer for medium to high grade metamorphic rocks that can be used to reconstruct the dynamic evolution of the lithosphere.
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