Strontium isotopen en de ouderdom van belemnieten uit de St

Strontium (Sr) is een chemisch element uit de groep van de
p e n de precieze ouderdom v a n de
aardalkalimetalen. In oudere boeken worden ze wel eens alkalische
fossielen u i t de Pietersberg te bepa-
aarden genoemd. Magnesium, calcium en barium behoren ook tot
l e n . Daarvoor m o e t e n we eerst nog
deze groep. De aardalkalimetalen hebben met elkaar gemeen dat ze
w e l iets u i t l e g g e n over s t r o n t i u m
twee elektronen i n hun buitenste schil hebben. Ze staan die twee
isotopen.
graag af en dat maakt ze zeer reactief. Je treft deze elementen dan
ook nooit i n zuivere vorm i n de natuur aan, maar bijvoorbeeld wel
als oxiden of carbonaten.
H e t element s t r o n t i u m bestaat u i t 4
stabiele (dus n i e t radioactieve) isotopen, namelijk
Strontium isotopen en de ouderdom
van belemnieten uit de St. Pietersberg
8 4
Sr,
8 6
Sr,
8 7
S r en S r .
8 8
I n e e n chemische reactie gedragen
deze i s o t o p e n z i c h precies hetzelfde,
maar t o c h v e r s c h i l l e n ze v a n elkaar
i n a a n t a l l e n n e u t r o n e n i n de k e r n .
Dit v e r s c h i l resulteert i n zeer k l e i n e
massaverschillen. M e t b e h u l p v a n
Jacob Leloux & Hubert Vonhof
J. Leloux,
3e Gortestraat
een zogenaamde
82, 2311 NM Leiden,
H.B. Vonhof, VU Amsterdam,
De Boelelaan
[email protected]
[email protected]
1085, 1081 HV
Amsterdam,
massaspectrometer
(Afb. 1) is h e t mogelijk de v e r h o u d i n g e n tussen de v e r s c h i l l e n d e i s o t o p e n v a n s t r o n t i u m te m e t e n . I n de
n a t u u r k a n v o o r a l S r i n variabele
8 7
h o e v e e l h e d e n v o o r k o m e n . H e t is d a n
ook g e b r u i k e l i j k dat we de i s o t o p e n -
Afbeelding l.
samenstelling van strontium i n bij-
Massaspectrometer,
v o o r b e e l d fossiele s c h e l p e n k a r a k t e -
VU Amsterdam.
riseren door m i d d e l v a n de S r /
Rechtsvoor is de
8 7
8 6
Sr
v e r h o u d i n g . Radioactieve i s o t o p e n
kamer waar het
v a n s t r o n t i u m v i n d e n we n i e t i n fos-
strontiumpreparaat
s i e l e n . Daar maak j e I n de n a t u u r '
ingaat. Het preparaat
alleen kans op als j e e e n v a k a n t i e
wordt er verhit tot
een plasma die naar
hebt geboekt naar pittoreske oorden
links weggeschoten
als T j e r n o b y l of, v o o r de z o n a a n b i d -
wordt. Links zijn de
ders, de B i k i n i - e i l a n d e n . De hieronder beschreven
magneten die ervoor
8 7
Sr/ Sr-date8 6
r i n g s m e t h o d e heeft dus h e l e m a a l
zorgen dat de baan
niets m e t radioactieve stoffen te
van de weggeschoten
maken.
deeltjes afgebogen
gaat worden. Hoe
zwaarder een isotoop,
hoe rechter zijn baan
Afbeelding 2.
zal blijven. Achterin
Met behulp van een tandartsboortje wordt een
staan de tellers. Ieder
fractie van een belemnietfragment afgeschraapt
isotoop zal op zijn
om in het laboratorium de strontium eruit te
eigen specifieke
halen.
tellertje aanbotsen.
I n h e t zeewater is c a l c i u m op magn e s i u m n a h e t meest v o o r k o m e n d e
element u i t die groep. H e t w o r d t
door v e e l d i e r s o o r t e n (waaronder
wijzelf) g e b r u i k t o m e e n i n - o f u i t w e n d i g skelet te b o u w e n . B i j z o n d e r
populair zijn skeletten van calciumcarbonaat (CaCOs) ofwel k a l k . Omdat
s t r o n t i u m w a t betreft massa e n
a t o o m s t r a a l maar n a u w e l i j k s v a n calc i u m v e r s c h i l t , is h e t o n v e r m i j d e l i j k
dat er k l e i n e h o e v e e l h e d e n s t r o n t i u m i n de 'biogene' k a l k t e r e c h t k o m e n . K a l k i g e fossielen, zoals die
i n de Maastrichtse Pietersberg v o o r k o m e n , b e v a t t e n daarom a l l e m a a l
een beetje s t r o n t i u m u i t h e t zeewater w a a r i n d i e fossielen l e e f d e n .
Strontium isotopen
Waarom m a k e n we ons zo d r u k o m
die k l e i n e h o e v e e l h e d e n s t r o n t i u m ?
Dat is omdat s t r o n t i u m ons k a n h e l -
1
Grondboor & Hamer nr. 1
2005
het Laat-Krijt, dan z i e n we een vrij
Afbeelding 3.
gelijkmatige stijging v a n de s t r o n -
Schema van de
strontium isotopen
t i u m - i s o t o p e n r a t i o v a n mariene fos-
ratio's en fluxen
s i e l e n . Passen we de gemeten waarden (bijvoorbeeld die i n afbeelding
(transport per
5) i n de referentie-curve i n , dan
tijdseenheid) in de
k u n n e n we simpelweg de bijbeho-
oceanen. De oceanen
bevatten 1,25 x 10
rende o u d e r d o m m e n op de X-as u i t -
17
l e z e n . Het w o r d t dan o n m i d d e l l i j k
mol Strontium en de
duidelijk dat onze m e t i n g e n i n d e r -
fluxen zijn gegeven in
daad i n de laatste 1 , 5 - 2 m i l j o e n jaar
10 mol/jaar.
9
v a n het M a a s t r i c h t i e n t h u i s h o r e n .
Deze b e l e m n i e t e n hebben de
' M a a s t r i c h t i e n zeewater s t r o n t i u m i s o t o p e n r a t i o ' dus meer dan 65 m i l j o e n jaar v o o r ons bewaard.
De S r / S r zeewater referentiecurve
87
is e n waarvan de t y p e l o k a l i t e i t bij
Overigens is er nog v e e l meer l e u k s
N u we i n staat z i j n om de i s o t o p e n -
de i n g a n g v a n de ENCI groeve l i g t .
te z i e n i n de referentie-curve v a n af-
v e r h o u d i n g e n b i n n e n die k l e i n e hoe-
Op basis v a n goede d a t e r i n g e n v a n
b e e l d i n g 4. V o o r a l als we een beetje
v e e l h e d e n fossiel s t r o n t i u m te bepa-
M a a s t r i c h t i e n s e d i m e n t e n op andere
begrijpen waardoor dit wat i n g e w i k -
l e n , k u n n e n we de stap m a k e n naar
locaties i n de w e r e l d w e t e n we dat
kelde p a t r o o n veroorzaakt w o r d t .
het dateren v a n fossielen. Dit k u n -
d i t t i j d v a k v a n 71,3 t o t 65,5 m i l j o e n
Daarvoor k i j k e n we eerst eens naar
n e n b i j v o o r b e e l d foraminiferen z i j n
jaar geleden duurde.
het transport v a n s t r o n t i u m i n de
86
u raad het a l , M a a s t r i c h t v e r n o e m d
hedendaagse oceaan. Afbeelding 3
of oesters, maar v o o r de St.
Pietersberg bij M a a s t r i c h t z i j n v o o r a l
De strontium-ratio's v a n de
geeft, sterk v e r e e n v o u d i g d , de be-
b e l e m n i e t e n zeer g e s c h i k t . A n d e r e
Maastrichtse fossielen k u n n e n ons
langrijkste t r a n s p o r t e n v a n opgelost
fossielen z i j n gevoeliger g e b l e k e n
h e l p e n die d a t e r i n g e n nog wat aan
s t r o n t i u m aan v a n en naar de oceaan
voor diagenese: dat w i l zeggen dat
te scherpen. H i e r v o o r v e r g e l i j k e n we
met de bijbehorende
i n de l o o p der t i j d het bodemwater
de gemeten i s o t o p e n v e r h o u d i n g e n
d e n . Er z i j n twee belangrijke toe-
heeft i n k u n n e n w e r k e n op de k a l k ,
v a n de b e l e m n i e t e n met een zoge-
v o e r b r o n n e n , te w e t e n rivierwater
waardoor de oorspronkelijke s t r o n -
naamde
v a n de c o n t i n e n t e n en h y d r o t h e r -
tium-isotopenverhouding verstoord
tie-curve (Afb. 4). Deze curve is fei-
is. B e l e m n i e t e n b l i j k e n u i t t e s t e n
telijk een grote database w a a r i n alle
Ruggen (MOR). De sterk contraste-
m i n d e r t o t n i e t gevoelig h i e r v o o r .
strontium-isotopenverhoudingen van
rende
V a n de Pietersberg fossielen w e t e n
fossielen z i j n o p g e n o m e n waarvan de
twee b r o n n e n w o r d t veroorzaakt
8 7
S r / S r - z e e w a t e r referen8 6
8 7
Sr/
8 6
S r waar-
m a a l water bij de Mid-Oceanische
8 7
Sr/
8 6
S r v e r h o u d i n g v a n deze
we a l langer dat ze u i t het Laat-Krijt
ouderdom zeer precies b e k e n d i s .
door de v e e l hogere
s t a m m e n ; o m precies te z i j n u i t het
Deze curve laat een wat c o m p l e x pa-
v a n het element r u b i d i u m (Rb) i n
M a a s t r i c h t i e n . Een t i j d v a k dat naar,
t r o o n z i e n . Zoomen we echter i n op
de c o n t i n e n t a l e korst. H e t isotoop
Afbeelding 4.
De referentiecurve van
de verhouding tussen
de concentratie van
87
86
S r / S r ratios en het dateren van
fossielen
87
Sr vergeleken met die
van Sr in het zee86
water in de afgelopen
180 miljoen jaar.
Grondboor & Hamer nr. 1
2005
2
concentraties
8 7
R b vervalt radioactief tot
8 7
Sr.
Afbeelding 5.
H i e r d o o r is i n de l o o p v a n de t i j d de
Strontiummetingen bij
relatieve h o e v e e l h e i d
belemnieten in de St.
8 7
S r i n de c o n -
t i n e n t a l e k o r s t v e e l hoger geworden
Pietersberg. De open
d a n die i n de r u b i d i u m a r m e m a n t e l -
cirkeltjes slaan op
gesteenten.
strontium metingen
aan totale
H e t p a t r o o n v a n de
8 7
Sr/
8 6
S r zeewa-
belemnieten, die
ter referentie-curve is daarmee de
geheel gecrusht zijn.
o p t e l s o m v a n v a r i a t i e i n z o w e l de r i -
Het nadeel hierbij is
v i e r f l u x als de h y d r o t h e r m a l e flux
dat langs de
door de t i j d h e e n . De a l enige t i j d
groeilijnen van de
b e k e n d e hoge MOR a c t i v i t e i t ( v u l k a -
belemnieten vaak
n i s m e op de m i d - o c e a n i s c h e ruggen)
diagenitische
i n de K r i j t p e r i o d e v e r t a a l t z i c h d a n
veranderingen van de
ook als r e l a t i e f lage waarden i n de
strontiumisotoopver-
referentie-curve. V o l g e n s dezelfde
houdingen hebben
gedachtegang is de grote s t i j g i n g i n
plaats gevonden.
de laatste 40 m i l j o e n jaar waar-
Hierdoor kan een
s c h i j n l i j k het resultaat v a n sterk toe-
afwijking zijn
g e n o m e n v e r w e r i n g v a n de n i e u w g e -
ontstaan. De gesloten
vormde Alpiene
cirkeltjes slaan op
gebergteketens
( H i m a l a y a , A l p e n etc). Op deze m a -
precisiemonsters,
n i e r geeft deze
waarbij de jaarringen
8 7
Sr/
8 6
S r curve ons
dus zeer n u t t i g e i n f o r m a t i e over de
zijn vermeden. Deze
t i m i n g v a n grootschalige geologische
metingen geven
processen e n h u n weerslag op de
strontium
chemie v a n de w e r e l d o c e a n e n .
isotoopverhoudingen
van het toenmalige
Vooruitblik
zeewater het meest
Hoe n u verder met de d a t e r i n g e n
nauwkeurig weer. De
v a n de ENCI groeve (Pietersberg)? Op
weergave van de
d i t m o m e n t is H u b e r t b e z i g met een
groeve is naar Felder
zeer gedetailleerde S r - i s o t o p e n -
& Bosch, 1998 in
studie v a n de b e l e m n i e t e n u i t h e t
combinatie met eigen
Maastrichtse K r i j t . Wij h o p e n h i e r -
waarnemingen. De
mee v e r g e l i j k i n g e n met e n k e l e a n -
strontium curve is
dere 'beroemde' M a a s t r i c h t i e n secties
naar Vonhof et al. (in
i n E u r o p a te m a k e n . A l s d i t goed
prep.)
l u k t d a n k u n n e n we i n feite weer
een n i e u w zeer g e d e t a i l l e e r d stukje
referentie-curve aan de n o g a l t i j d
groeiende database t o e v o e g e n , zodat
Literatuur
t o e k o m s t i g e d a t e r i n g e n met b e h u l p
W . M . F e l d e r 8< P . W . B o s c h , 1 9 9 8 .
H . V o n h o f , S m i t , 3. & J . W . M . J a g t
v a n s t r o n t u m i s o t o p e n v o o r het
G e o l o g i e v a n de S t . P i e t e r s b e r g bij
(artikel i n Netherlands J o u r n a l of
M a a s t r i c h t i e n met grotere n a u w k e u -
M a a s t r i c h t . G r o n b o o r & H a m e r 52 (3):
Geosciences/ Geologie en Mijnbouw i n
righeid uitgevoerd kunne n worden.
53-63.
voorbereiding). Titel nog onbekend.
3
Grondboor & Hamer nr. 1
2005