EINFÜHRUNG IN DIE ISOTOPENGEOCHEMIE

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Das K–Ar-Zerfallssystem (K–Ar- und Ar–Ar-Methoden)
In Abbildung 25 ist der Zusammenhang
zwischen Schließungstemperatur
und Abkühlgeschwindigkeit am
Beispiel der Sr-Diffusion in natürlichem
Diopsid illustriert. Der geologisch
relevante Bereich entspricht
Abkühlungsgeschwindigkeiten -dT/
dt von 10 o – 104 K/Ma, wofür die
Schließungstemperatur des Diopsids
zwischen »800 und 950°C liegt.
Die Diffusionskoeffizienten haben
extrem niedrige Werte – »10-14 – 10-17 cm2 /s im Fall der Sr-Diffusion in
Diopsid. Diffusionslängen oder -wege
x können mit Hilfe der Relation
abgeschätzt werden. Daraus
errechnet sich im Fall, daß D=10-15 cm2 /s ist, eine Diffusionslänge
x»0.18cm für t = 106a = 3.15´1013s, d.h. ein Sr-Atom im Diopsid diffundiert
pro 106 x Dt
a »0.18cm weit.
@
Das Konzept der Schließungstemperatur
ist in der Folgezeit zunächst
weitgehend akzeptiert worden.
Inzwischen wird aber zunehmend
und auch rigoros Kritik daran geäußert.
Neben der Diffusion werden die
Deformation von Gesteinen und
Mineralen, die eine Rekristallisation
der Minerale verursacht, und die
Rolle von Fluiden auf Korngrenzen
für noch wichtiger gehalten. Bei
Abwesenheit von Fluiden muß
zudem ein anderes Mineral als Reak-
Schließungstemperatur [�C]
1500
1400
1300
1200
1100
1000
900
800
Abhängigkeit der
Schließungstemperatur
von Diopsid für Sr-
Diffusion von der
Abkühlrate
0 1 2 3 4 5 6 7 8
log dT/dt [K/Ma]
ABBILDUNG 25 Sr-Diffusion in Diopsid: Abhängigkeit
der Schließungstemperatur von der Abkühlgeschwindigkeit.
Die Berechnung der Kurve erfolgte nach der
é22440
æ dT ö ù
Gleichung: T[C] c ° = ê
-logç
÷ . Sie
è dt ø
ú - 273
ë 20.9
û
beruht auf experimentellen Untersuchungen zur Sr-
Diffusion in natürlichem Diopsid. Angenommen wurde
bei den Berechnungen ein Kornradius von 0.2cm
und A=55 (Kugelgestalt des Minerals); die Aktivierungsenergie
wurde zu 97 kcal/mol bestimmt, und D0 = 54cm 2 /sec.
tionspartner zur Verfügung stehen, und außerdem muß zwischen den austauschenden
Mineralen ein Ladungsausgleich bewerkstelligt werden. Villa [24] macht auf zahlreiche
Widersprüche innerhalb der originalen Kalibrierung der Schließungstemperaturen aufmerksam
und auf innere Widersprüche in vielen anderen Studien. So weist er zum Beispiel
auf eine Kompilierung von Altersdaten aus den Zentralalpen hin, die anzuzeigen scheint,
daß Rb–Sr-Alter von Muskoviten höher liegen (Eozän) als U–Pb-Alter von Monaziten (Oligozän).
Daraus wurde gefolgert, daß die Schließungstemperatur von Monazit für das U–Pb-
System mit ca. 420 °C deutlich unterhalb der für Rb–Sr im Muskovit liegt [25] , für die ca. 500
°C angenommen wurde. Villa argumentiert demgegenüber, die Muskovite seien nicht ausschließlich
Neubildungen der alpinen Metamorphose und enthielten noch Anteile an herzynischem
radiogenem 87 Sr, so daß ihre eozänen scheinbaren Alter tatsächlich Mischalter
zwischen herzynisch und alpin seien, während die Monazite Neubildungen der Metamorphose
im Oligozän wären. Gut belegt scheint immerhin, daß zonierte Monazite scharfe
Altersunterschiede zeigen, die der Zonierung entsprechen [27] . Das bedeutet, daß die Diffusion
während des thermischen Ereignisses, das zur Bildung von Anwachssäumen führte,
nicht rasch genug erfolgte, um die U–Pb-Isotopenunterschiede auszugleichen. Daraus wiederum
ergibt sich, daß die Schließungstemperatur des Monazits für die Diffusion von Pb
erheblich über 420 °C liegen muß. Bei der Datierung von Hellglimmern aus grünschieferbis
amphibolitfaziellen Metagraniten der Alpen mittels der Ar–Ar-Methode wurde gefun-