Geochemical Transactions, 2006; 7: 10-10 (más artículos en esta revista)

Mayor difusión de uranio y torio vinculados a la plasticidad de cristal en circón

BioMed Central
Nicholas E Timms (n.timms @ curtin.edu.au) [1], Peter D Kinny (p.kinny @ curtin.edu.au) [1], Steven M Reddy (s.reddy @ curtin.edu.au) [1]
[1] Departamento de Geología Aplicada, Curtin University of Technology, GPO Box U1987, Perth WA 6845, Australia

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Resumen

Los efectos de cristal de la plasticidad en la U-Th-Pb en circón sistema es estudiado por cuantitativos microchemical microestructural y análisis de un gran circón grano recogido de pyroxenite del Complejo Lewisian, Escocia. Retrodispersión de difracción de electrones (EBSD) revela una cartografía .18 ° c variación en la orientación cristalográfica que comprende tanto un cambio gradual en la orientación y una serie de discretas de bajo ángulo (<4 °) límites. Microestructurales Estos datos son coherentes con cristal de la deformación plástica de circón asociados con la formación y la migración de dislocaciones. Un patrón heterogéneo de cathodoluminescence oscuro, con los más oscuros dominios coincidiendo con bajo ángulo de fronteras, imita la deformación de la microestructura identificado EBSD. Geoquímicos datos recolectados a través de la delicada Alta Resolución microsonda de iones (SHRIMP) muestra una correlación positiva entre las concentraciones de los elementos U, Th y Pb (que van de 20-60 ppm, 30-110 ppm y 14-36 ppm, respectivamente) y Th / U ratio (1,13 - 1,8) con la deformación de la microestructura. La más alta mide las concentraciones y Th / U coincidir con un bajo ángulo de las fronteras. Este enriquecimiento es interpretada para reflejar una mayor difusión a granel de U y Th debido a la formación y la migración de alta difusividad dislocaciones. 207 Pb / 206 Pb edades para los distintos análisis no muestran variaciones significativas en todo el grano, y definir un concordantes, combinada con una edad media de 2451 ± 14 Ma. Esto indica que el grano se deforme poco después de cristalización inicial, muy probablemente durante el metamorfismo retrógrado Inverian a amphibolite facies condiciones. La elevación de más de U Th coherente y 207 Pb / 206 Pb indica que las edades más probable es que la deformación se produjo en presencia de una de las últimas etapas de fluidos magmáticos que llevó a un aumento en la Th / U durante la deformación. La relativa Th enriquecimiento de más de U implica que Th / U relación no siempre puede ser un sólido indicador de cristalización medio ambiente. Este estudio proporciona la primera evidencia de deformación relacionados con la modificación de la U-Th sistema de circón y tiene implicaciones fundamentales para la aplicación e interpretación de circón oligoelemento datos.

Fondo

Cathodoluminescence (CL) y backscattered de electrones (EEB) de imágenes de circón (ZrSiO 4) comúnmente registros detallados de la composición de zonificación [1] que demuestra su capacidad para retener geochemically importante localizar y elementos de tierras raras (REE) a lo largo de una serie de condiciones geológicas. Este atributo ha dado lugar a su aplicación generalizada a una variedad de disciplinas de Ciencias de la Tierra [2 - 8]. Dos elemento importante en circón, U y Th, forma tetravalente cationes que sustituir a Zr 4 + [9] en los valores típicamente entre 5-4000 y 2-2000 ppm ppm respectivamente, y son útiles por dos razones principales. En primer lugar, el Th / U ratio de circón es característico de su cristalización medio ambiente, de tal forma que Th / U> 0,2 se asocian con la cristalización de un tiempo que se derriten metamórficas circón registros Th / U <0,07 [2, 10]. En segundo lugar, ha circón inicial muy bajo cantidades de plomo debido a la incompatibilidad de Pb 2 + en el circón celosía. En consecuencia, la desintegración radiactiva de U y Th a distintos isótopos de Pb proporciona una valiosa herramienta geocronológicos que establece limitaciones en una serie de procesos geológicos, como por ejemplo el momento de fundir la cristalización o metamorfismo de alta temperatura. Sin embargo, fundamental para la aplicación de circón geoquímica a estudios geológicos es el conocimiento de los mecanismos de transporte de U, Th y Pb sobre una gama de condiciones de la corteza.

Empíricamente derivados de la difusión de parámetros de volumen de U, Th y Pb indican que estos elementos son esencialmente inmóvil a temperaturas por debajo de .900 c ° C [9, 11 - 15]. A pesar de la baja diffusivities de U, Th y Pb para el volumen de difusión, algunos estudios indican elemento de movilidad (en particular la pérdida de Pb) en condiciones de baja temperatura [16 - 18]. Intracrystalline daños asociados con la radiación daños (metamictization), en particular dentro de U-ricos circón, puede conducir a la rápida difusión de las vías que permiten U, Th y Pb migración a bajas temperaturas [19, 20]. Sin embargo, se ha demostrado que la movilidad Pb puede ser independiente de U y Th concentración, y, por tanto, nivel de radiación daño [21], lo que indica que hay otros procesos han contribuido a la migración elemental.

Deformación de la corteza circón en condiciones de falla frágil se ha demostrado durante mylonitization, o debido a cambios de volumen asociados con metamictization [22 - 24]. Microestructuras de plástico, como las características de deformación plana se han notificado en conmocionó circón [25 - 27]. Cuantitativas microestructural estudios han encontrado que circón Mayo de deformar el cristal de plástico procesos, manifiestos de heterogénea, discretos de bajo ángulo de fronteras (<0,5 μ m de ancho) que definen las bandas de deformación / subgrains gradualmente distorsionados con los interiores [28, 29]. Esta deformación puede tener efectos profundos en la distribución intragrain REE (es decir, pueden mejorar la difusión REE distancias de al menos cinco órdenes de magnitud), ya que la formación y la migración de dislocaciones durante la deformación plástica de alta difusividad proporcionar vías para la migración elemento [28]. Estos hallazgos en circón están de acuerdo con otros estudios que muestran un defecto en elemento de control de la movilidad [30 - 33]. Sin embargo, el papel de deformación relacionados con las microestructuras en circón en la migración de U y Th es actualmente desconocido. Este estudio aborda esta área específica y combina cuantitativos retrodispersión de difracción de electrones con cathodoluminescence y análisis de microsonda de iones para investigar el control microestructural de U-Th variaciones de composición y de migración en circón de un sin-metamórficas pyroxenite de la Lewisian Gneis Complex, NW Escocia.

Ejemplo de marco geológico y Descripción de la muestra

La muestra (GST15 [34]] comprende un gran (c. 12,5 mm de largo), marrón pálido, de un solo cristal de circón con una relación de aspecto de ~ 4:1:1 forma, no conserva bien desarrollado de cristal se enfrenta y ha redondeado, desigual terminaciones. Fue tomada de un grupo de grandes granos de circón en el pegmatitic margen de un pyroxenite intrusión en el terreno Assynt (región central) de la Archaean Lewisian complejo noroeste de Escocia (Fig. 1]. El Assynt terreno se caracteriza por «Badcallian 'granulite facies pico de metamorfismo y magmatismo asociados en 2480-2490 Ma, y localizados retroceso hidratada y deformación durante el episodio posterior (s) de« Inverian' amphibolite facies de metamorfismo [34, 35]. La región ha sido más heterogénea sobreimpresa por amphibolite-grado, Proterozoico Laxfordian metamorfismo y deformación. El estado natural de acogida pyroxenite cuerpo es parte de una serie de órganos creados en virtud de ultramáficos en Loch un Daimh Mór (ca. 58 ° 19'54 "N, 5 ° 07'57" W), al norte de Alta Badcall, y se considera que tienen una estrecha intruidas o durante el pico de metamorfismo y está rodeado por relativamente unretrogressed granulite facies gneisses [36, 37]. Previo análisis de la utilización de grano SHRIMP ha demostrado que contiene 16-50 ppm U, Th 15-110 ppm, y ha elaborado un concordantes, con una media de 207 Pb / 206 Pb edad de 2470 ± 30 Ma [34]. Este grano fue elegido debido a su vejez y regional complejo metamórfico / deformación de la historia y también lo ha hecho posible la pérdida de Pb en el tiempo, y su gran tamaño permite múltiples SHRIMP análisis a través del grano para facilitar la investigación de una amplia gama de sitios microestructural.

Técnicas analíticas

La resina epoxi-montado circón grano fue pulida mecánicamente con pasta de diamante de tal forma que 8 mm del grano se expone en la muestra de superficie y, a continuación, una última polaco utilizando una suspensión coloidal de sílice a pH 9,5 solución de NaOH en un Buehler Vibromet II ™ polisher durante 4 horas para remover la superficie de daños mecánicos pulido. Orientación cristalográfica información fue recogida automatizada a través de retrodispersión de difracción de electrones (EBSD) cartografía de utilizar las instalaciones en Curtin University of Technology, Perth. Los detalles del sistema y los ajustes se dan en la Tabla 1.

Completo orientación cristalográfica información se obtuvo mediante la recolección de electrónica de retrodispersión de patrones (EBSPs) en los distintos puntos que fueron indexados por una solución adecuada generada a partir de un reflector archivo de circón (Tabla 1] [38]. EBSD mapas fueron adquiridos por la recogida automatizada de 5 μ m espaciados nodos en un 100 × 100 en la red. Los datos fueron recolectados de 64 mapas individuales que se cosen para ofrecer un único mapa del grano entero. El ajuste angular entre la EBSP en cada punto y el índice de solución teórica, dada por la media desviación angular (MAD), fue en general buena, y todos los puntos están dentro de los 1,3 ° indexación valor de tolerancia, con una media MAD valor para el cosido de ruta ° de 0.3223. Orientación de datos de mapas individuales fueron recogidos antes de que el desarrollo de una dinámica de ajuste de parámetros de proyección que corrige las variaciones angulares en la viga-muestra la geometría durante la exploración. En consecuencia, el cosido mapa contiene misorientations artefacto en el mapa se une como resultado de una acumulación sistemática de orientación ~ variación de 1,4 ° C en el ámbito de cada uno de los mapas.

El EBSD datos se redujo el ruido a través del "Tango" módulo de HKL Technology Channel 5.0.9.0 © software. A 'wildspike' corrección se aplica para eliminar misindexed puntos aislados, individuales y análisis que no tiene solución se infilled por un vecino extrapolación 6 (<1% del total de datos, Tabla 1]. Una orientación adicional promedio de filtro [39] se aplica también a reducir el ruido asociado con 0.5-2 ° fronteras (Tabla 1]. Comparación de los datos antes y después de este procedimiento de reducción de ruido indican que no hay artefacto generación.

En caso de que los píxeles adyacentes están orientadas a continuación de otra manera su orientación relación puede expresarse como un ángulo de rotación en torno a un eje, denominado misorientation. Por misorientation análisis, el mínimo misorientation (también conocido como desorientación) ángulo / eje pares se calcularon para los píxeles adyacentes. Acumulativo mapas de orientación se produce utilizando el canal 5 'textura' componente, en el que cada píxel es de color para misorientation mínimo en relación con un definido por el usuario orientación. El mapa local misorientation participan cálculo de la media de los valores mínimos misorientation entre un píxel y su primera y segunda vecinos más cercanos a un 5 × 5 filtro de rejilla. Artefacto misorientations cosido en el mapa se une se omitieron de misorientation análisis.

Los datos isotópicos fueron obtenidos mediante la SHRIMP II en la John De Laeter Centro, Curtin University of Technology, Perth, utilizando así los procedimientos establecidos [40]. Haz primario actual se 3nA, y en masa fue la resolución 5000. Relaciones isotópicas y elemental concentraciones fueron calibrados utilizando la Curtin University estándar CZ3 (564 Ma; 206 Pb / 238 U = 0.0914, 550 ppm U), y los datos se redujeron utilizando Krill software (desarrollado por P. Kinny). Corrección de Pb relaciones isotópicas de Pb común se basa en la medición de 204 Pb, lo que representa hasta un 4% de corrección para la medición de 206 Pb. La incertidumbre en la concentración del elemento se estima en ± 20% sobre la base de la reproducibilidad de los análisis de CZ3 que tiene un uniforme U contenido de 550 ppm. SHRIMP análisis de puntos se coloca con cuidado para evitar características topográficas de superficie, como las fracturas y fluido inclusión piscinas, y se encuentra con referencia a la orientación de mapas EBSD datos.

Pancromática cathodoluminescence (CL) de imágenes se ha hecho en Curtin University of Technology, Perth (Tabla 1]. Relativo pancromática CL intensidades se calcularon utilizando el software de procesamiento de imágenes Scion Image © Beta 4.0.2 (Scion Corporation, 2000). CL imágenes se hizo después de análisis geoquímicos para determinar con exactitud la posición de camarón análisis de manchas. CL Longitud de onda (λ CL) datos fueron recolectados en el Centro Avanzado de Análisis, James Cook University, Townsville, Australia. Sistema de fijación y se dan detalles en el cuadro 1. A 500 × 500 μ m zona fue asignada una cuadrícula con el espaciamiento de 2 μ m, y los datos se gestionan por medio de software que operan XCLent [41].

Dos métodos se han aplicado para facilitar la correlación cuantitativa entre la microestructura y la deformación geoquímica. El primero con la comparación entre los valores acumulados misorientation en el centro del terreno SHRIMP elemento con abundancia, lo que permitió la correlación de las variaciones geoquímicas con el largo alcance de celosía distorsión. El segundo enfoque que participan correlación de los locales misorientation valor del píxel en el centro del camarón contado con la geoquímica, y puesto a prueba el efecto de corto alcance o 'local' misorientation en geoquímica. La ventaja de este último enfoque es que el valor local misorientation cuentas para el microestructural heterogeneidades en un 25 × 25 μ m zona, que es en términos generales a la misma escala como SHRIMP análisis in situ.

Resultados
EBSD datos

El circón es de grano orientado de tal manera que el c-eje del grano es en general paralela a la muestra de superficie, y se encuentra aproximadamente en la dirección x (a la definida por el usuario, muestra arbitrario sistema de coordenadas), mientras que el simétricamente equivalente a-las direcciones de cerca corresponden a y y z (Fig. 2 bis, b]. Distintos conjuntos de espacio en general quebradizos fracturas atraviesan el grano, y son especialmente frecuentes en el lado izquierdo de la parte del grano (Fig. 2a]. EBSD cartografía revela que el grano contiene las variaciones en la orientación cristalográfica (Fig. 2c-e]. La parte central del grano contiene grandes áreas relativamente coherente con la orientación separadas por un pequeño número de zonas lineales discretos que transecto a corto eje del grano y que acomodar 1-5 ° misorientations (Fig. 2c, d]. El patrón de distribución de polos cristalográfica indica una suave y continua dispersión en múltiples direcciones desde la orientación de referencia (Fig. 2e].

Gran parte de la variación de orientación se produce en la parte derecha de la punta de un grano que muestra un gradual misorientation acumulado de más de 12 ° a una distancia de ~ 700 μ m (Fig. 2c, d]. En este extremo, la progresiva orientación del gradiente es marcado por los límites discretos dominio que acomodar <5 ° misorientations - de bajo ángulo de fronteras - que no se refieren a la adquisición de datos artefactos (Figura 3a]. Bajo los límites de ángulo aumento en la abundancia hacia la punta y definir una red interconectada y separado de dominios relativamente coherente orientación interna (Fig. 3a, b]. El misorientation magnitud de cada uno de los bajos límites de ángulo varía a lo largo de su longitud, sobre todo en curvas, o en las intersecciones con otras fronteras. El bajo ángulo límite red no dispone de una superficie topográfica de expresión, y se corta, y por lo tanto, es anterior a las fracturas visibles quebradizo. El misorientation tarde quebradizo a través de fracturas es mínima (<0,5 º), y el acumulado misorientation en todas las fracturas en la punta se muestra en la Fig. 3 no superará el 1 °.

El patrón de dispersión de los principales polos cristalográfica de todos los datos de la punta es compleja, e indica que el polo de datos cristalográfica se rotan en torno a más de un eje (fig. 3a.v]. El patrón de dispersión está dominada por la rotación sobre un eje que se sumerge shallowly a la SE que es una tendencia similar a la mayoría de los> 1 ° fronteras (Fig. 3a, b]. El misorientation ejes asociados con cada> 1 ° frontera en grupo coherente y orientaciones se encuentran en un ángulo cerrado a la traza de la frontera, pero no necesariamente coinciden con bajo índice de direcciones de circón (Fig. 4].

Cathodoluminescence análisis

El grano centro muestra poca variación en la intensidad de CL y una amplia y progresiva disminución de CL señal hacia la punta del grano. La única concéntricos de zonificación, como se muestra imágenes de CL es una pequeña (<20 μ m), discontinua llanta de baja intensidad CL (Fig. 3c]. De otro quebradizo fracturas aparecen como distintivo discreto no bandas luminiscentes. Una compleja red de local CL-oscuros dominios se produce el grano en la punta (Fig. 3c, 5 bis]. Estos rasgos lineales no tienen límites en punto (como era de esperar si fueran frágiles fracturas), no se refieren a las características topográficas de la muestra de superficie, y son de corte transversal de (y por lo tanto antes de la fecha) todos los conjuntos de finales de fracturas frágiles ( Figs 3c, 5 bis]. En lugar de ello, CL reducción en la intensidad y la duración a lo largo de la interconexión de redes de 3-15 μ m de ancho lineal zonas gradational a nivel local con diferentes gradientes. En algunos casos, zonas estrechas con gradientes empinadas CL término más amplio en los ámbitos de reducción de poco CL (Figs. 3c, 5 bis]. El λ CL espectro en una brillante CL-subgrain interior muestra una amplia banda de emisión de entre 340 y ~ ~ 820 nm, centrado en ~ 510 nm, con dos picos menores a ~ 510 nm y los picos de menor a ~ 490 y ~ 550 nm (Fig. 5b ). Análisis λ CL espectros en los puntos a lo largo de un transecto de CL-brillante en subgrain CL-oscuro de bajo ángulo límite de dominio muestra una reducción progresiva de la intensidad de CL integrado sin cambios en el pico de posiciones o pariente alturas / pico de forma. La mano derecha de la punta también contiene localizada y discontinua estrecho lineal de parches brillantes CL circón con fuertes límites que la transversal de bajo ángulo límite microstucture. Estas características tienen la misma característica λ CL emisión espectral pico forma y posición como el circón de acogida, sino que han elevado significativamente intensidad relativa (Fig. 5]. Estas microestructuras o bien representan las fracturas lleno de nuevas circón (es decir, circón venas), o dominios de estado sólido recristalización de circón de acogida, tal vez localizados a lo largo de pre-existentes, a fines quebradizo fracturas.

Análisis geoquímicos

Los resultados analíticos de treinta y cuatro nuevos análisis SHRIMP en todo el grano se enumeran en el cuadro 2. Análisis geoquímicos puntos se coloca de tal forma que una variedad de diferente orientado a bajo ángulo límites misorientation de diferentes magnitudes, la orientación y dominio interiores undeformed central del grano fueron incluidos en la muestra (Fig. 3]. Los cambios en la U y Th son, a grandes rasgos covariantes, pero de acuerdo con la visible ausencia de crecimiento en virtud de la zonificación CL la distribución general de elementos traza en el grano no parecen seguir ningún regular concéntricas o radiales del tipo que sea usual en ígneas circón . Es notable, sin embargo, que la deformada parte del grano contiene mucho más variable U Th y valores que la undeformed circón (Figs 6 bis, ter y 7]. Quince de los treinta y cuatro análisis recogidos para este estudio define un transecto de la undeformed a la deformación de parte del grano (Figs 3 bis y 7]. El grano contiene las variaciones en U de 20-60 ppm y Th de 30-110 ppm.

Total Pb concentración varía de 14-36 ppm entre los distintos análisis, y su distribución se ajusta al de U y Th concentración (Figs. 6d y 7]. Hay muy poca variación en 207 Pb / 206 Pb las edades en todo el grano (Fig. 6e, f]. Todos los análisis de cincuenta (34 a partir de este estudio, más un 16 de Kinny y amigo [34] se combinan para dar una media de 207 Pb / 206 Pb edad de 2451 ± 14 Ma con una MSWD de 1.3 (Fig. 6f]. La relativamente baja MSWD indica que no significativo exceso de dispersión en el 207 Pb / 206 Pb ratios más allá de lo que se espera de su análisis individual asignado incertidumbres, y los datos se pueden interpretar como una única población en edad. Todos menos tres de los análisis son más del 95% concordantes. Es importante señalar que existe no es discernible en el cambio 207 Pb / 206 Pb edades de núcleo a borde, o cualquier cambio sistemático en la edad o la aparente discordancia con la deformación de la microestructura.

Discusión
Caracterización microestructural y el desarrollo

La gradual y acumulativo misorientation la red jerárquica de bajo ángulo límites tipificar microestructuras progresiva producida por el cristal de los procesos de deformación plástica (es decir, con la participación de la formación y la migración de dislocaciones), en lugar de estado sólido recristalización, la disolución y vuelva a las precipitaciones, o quebradizo los procesos de fractura [22, 42, 43]. La progresiva celosía distorsiones son alojados por la formación de dislocaciones. Baja angular límites son coherentes con la formación de la acumulación de dislocaciones en los trastornos de alta densidad de las paredes que separan los trastornos relativamente libre de células, o 'subgrains' y, por tanto, la reducción de la energía del sistema. Este proceso debe haber ocurrido a temperaturas elevadas, donde los trastornos de migración (deslizamiento) fue habilitado.

En determinadas circunstancias, misorientation el eje a través de la geometría de bajo ángulo de las fronteras puede utilizarse para determinar las causales sistema de deslizamiento (s) en circón [29]. El misorientation para los distintos ejes de bajo ángulo límites varían y no coinciden con racional de bajo índice de direcciones, y representan el producto combinado de varios sistemas operativos antideslizante. La posición de los ejes que prevalecen misorientation cerca del polo a (100) sugiere que podría haber una contribución dominante de deslizarse por una u otra (001) <100> o (100) <001>, que son conocidos los sistemas de deslizamiento circón en [29]. Sin embargo, la exposición de soluciones para el tráfico mixto-slip sistemas no son únicos en la escala de la EBSD datos, que prohíbe la clara identificación de los causantes resbalón, y en su contribución relativa.

Causa de la cathodoluminescence

El patrón de intensidad reducida CL imita la gradual y acumulativo misorientation la distribución espacial de bajo ángulo de fronteras, y la más empinada CL gradientes corresponden a los límites con los más altos misorientation (Fig. 3]. Esta relación se interpreta como un resultado secundario de modificación de un CL-circón homogénea. Los efectos de la orientación cristalográfica en CL no se puede descartar para la amplia tendencia de progresiva reducción de CL en el acumulativamente misoriented grano punta (~ 12 °). Sin embargo, esto no puede explicar la intrincada red de CL-oscuros dominios (Figs 3, 5]. La estrecha correspondencia de baja luminosidad dominios dentro y alrededor de bajo ángulo límites llevaría a la disminución de la integridad estructural general (es decir, elevada densidad de dislocación), y los trastornos de REE sitio simetría, todos los cuales se han propuesto a afectar significativamente a luminiscencia en circón [ 44 - 46]. El Broad Peak forma de espectros λ CL representa un compuesto dotación consistente en reducir las emisiones REE multiplets superponen a mayor pico de emisión. Los dos picos menores a ~ 490 nm y 550 nm ~ corresponden a Tb 3 + (489 nm y 548 nm) y, posiblemente, Er 3 + o 3 + Dy, que tienen superposición de los picos a 474 nm y 483 nm, respectivamente [47]. La coherencia de relativa altura de los picos espectrales en la deformación de las regiones descuentos cambios relativos a CL-activa REE (por ejemplo, Reddy et al. [28]], aunque la intensidad absoluta de bandas de REE no está necesariamente relacionada a la concentración [48]. Del mismo modo, la dosis máxima de α-desintegración localmente asociados con elevados U-Th contenido deformado en los dominios, incluso en el dominio con los más altos y Th U concentraciones (6,48 × 10 8 eventos / mg [49]], no es suficiente para causar daño de radiación para reprimir CL [46]. El fuerte, amplio λ CL pico centrado en 510 nm ~ no se corresponde con la emisión de conocidas bandas CL-activa REE 3 +, u otras fuentes conocidas de luminiscencia en circón [45, 50 - 54]. El pico de 510 nm se interpreta a ser una consecuencia de los trastornos relacionados con defectos. La fuerte e inequívoca respuesta de la intensidad total de CL a la deformación se presenta aquí contrasta con los efectos sutiles de deformación relacionados con la homogeneización de primaria oscilatoria CL zonificación presentada por Reddy et al. [28].

Relación entre U, Th y Pb geoquímica y deformación microestructura

El grano deformado punta contiene elevados y Th U concentraciones en comparación con el grano undeformed centro (Figs 2, 3, 6 y 7]. Sin embargo, superpuesta a esta tendencia son el aumento de U y Th en las concentraciones de bajo ángulo de fronteras (Figs. 6a, 7, y 8] con la más alta mide U y Th concentraciones (al contado 39, Figs 6 y 7] correspondiente a la frontera que da cabida a la misorientation más grande (4 °). El aumento de U y Th concentración se correlaciona con la magnitud de la media local misorientation en la zona de la fosa análisis SHRIMP (Fig. 8]. Cabe señalar que la baja de ángulo ancho frontera son una fracción del diámetro de las piscinas de camarón (Figs 3, 6 y 7], y el U-Th enriquecimiento a bajo ángulo límite dominios es más extrema que muestra los datos debido a el efecto de la homogeneización de análisis durante los volúmenes SHRIMP análisis.

Esta correlación indica que la U y Th niveles están relacionados con microestructuras de deformación, y por lo tanto, las variaciones no son coherentes con el volumen de difusión. Varios estudios han documentado que la mayor parte de la difusión de las propiedades materiales deformados se puede aumentar en varios órdenes de magnitud más volumen difusión en perfecto entramado [28, 31, 55 - 57]. Individual dislocaciones, y de bajo y alto ángulo límites son todos de alta difusividad vías, y su desarrollo puede conducir a múltiples difusión complejo [29, 57 - 60]. Estas rutas pueden ser estáticas, y / o migrar a través del grano y ser transitoria (especialmente para glissile dislocaciones individuales), lo que permite la interacción con los volúmenes de subgrain interiores. El estrés que rodean los campos dislocaciones también pueden facilitar la difusión de oligoelemento impurezas en sus núcleos - llamado atmósferas Cottrell [61 - 63] - que conduce al enriquecimiento en áreas con alta densidad de dislocación (por ejemplo, a un bajo ángulo de fronteras).

Momento de la deformación

La distribución de Pb que imita de U y Th. SHRIMP análisis individual son muy concordantes, sin variación sistemática en 207 Pb / 206 Pb con las edades de deformación. Una interpretación que sólo afecta a la deformación U y Th Pb, pero no va en contra de la movilidad experimental y los estudios teóricos que predicen que la difusividad de Pb es mucho mayor que U y Th de órdenes de magnitud [13 - 15]. Movimiento de Pb desvinculadas de la U y Th se expresó como lugares de normal (Pb deficiente) e invertir (Pb enriquecido) discordancia, pero esto no se ha encontrado. Una explicación más satisfactoria es que el grano se deforme poco después de cristalización inicial, y que el calendario exacto de cualquier deformación relacionados con isotópica restaurar no es resolver utilizando las técnicas disponibles. La combinación de 207 Pb / 206 Pb edad de 2451 ± 14 Ma indica que el grano después de las fechas Badcallian pico de metamorfismo (2480-2490 Ma) de al menos 16 Ma, es anterior a la Laxfordian caso, y que el crecimiento y el circón deformación probablemente ocurrió Inverian durante el metamorfismo en facies amphibolite condiciones. Los datos muestran que no significativos relacionados con la microestructura isotópica perturbación (por ejemplo, la pérdida de Pb) se ha producido con posterioridad a un menor grado las condiciones, mucho después de la deformación se estableció microestructura. Además, la U-Th-Pb sistemática indican U-Th movilidad, ya sea producido enteramente en la dinámica de los procesos de deformación, o inmediatamente después de la deformación a altas temperaturas.

Fuentes de la U y Th

Además del aumento de la U y Th hay un aumento relativo de más de U Th en la deformación de las zonas, lo que se traduce en un aumento sistemático en la Th / U ratio de 1,13 a 1,83 (Figs 6c y 7]. Th / U proporción es más elevada en las zonas de alto misorientation local (es decir, más bajo el ángulo de fronteras) (ver Fig. 8]. Los datos que la parcela fuera de tendencia lineal podría ser el reflejo de ligeras variaciones en pre-deformación U y Th concentración. El aumento localizado de U y Th podría ser debido a su redistribución interna, o se derivan de una fuente externa al grano. Si el oligoelemento de distribución es una mera consecuencia de la redistribución interna durante la deformación de Cottrell procesos y / o transporte de elementos de la migración de cada uno de los desplazamientos de la población, entonces el volumen de material que han sido barridos por las dislocaciones o adyacentes de bajo ángulo de fronteras debe ser agotado en oligoelementos [64], lo que no es mostrado por el datos geoquímicos. También parece inviable que las dislocaciones han barrido el grano entero para finalmente descansar en la punta de grano. Una explicación más realista es que la deformación comenzó en o cerca de la punta de grano debido a un elevado nivel local-el estrés sobre el terreno (impingement con otros granos?), Y progresivamente 'emigrado' en el grano, ya que alojan mayor tensión. La mayor parte U Th y enriquecimiento en todas las zonas deformadas y la falta de oligoelementos agotado las zonas en relación con undeformed circón implica una afluencia neta de U y Th al grano de una fuente externa, como un U-Th borde de grano enriquecido fluido fase.

Una sustancia química gradiente entre circón y una fuente altamente enriquecido en U incompatibles y Th podría proporcionar una fuerza motriz para la difusión oligoelemento en circón. El aumento sistemático en Th / U con misorientation implica de enriquecimiento en relación con Th U en respuesta a la deformación que refleja una diferencia en el elemento de movilidad o un alto Th / U ratio fuente. El mayor enriquecimiento de mayo a consecuencia de la difusividad de Th ser superior a U. Sin embargo, esto es incompatible con la ligeramente mayor volumen difusividad 'U de más de 4 + Th 4 + dentro de circón, que se cree que se refieren a las diferencias en iónica radios de 1,05 Å ~ ~ y 1,10 Å en ocho veces la coordinación, respectivamente [9, 12]. Por otra parte, la elevada Th / U en la proporción deformado dominios refleja un alto Th / U fuente externa. U y Th podrían ser suministrados a través de borde de grano difusión de iones liberados por la resorción cerca de U-Th-teniendo fases, como la monazita. Sin embargo, el alto Th / U ratios de circón modificados (hasta 1,83) están quitándole de circón crecido durante el alto grado de metamorfismo, que normalmente ha Th / U <0,07 [2, 10]. Por otra parte, el aumento sustancial de Th / U relación con la deformación refleja la deformación del grano en presencia de un borde de grano fase líquido con alto Th / U proporción, posiblemente una fase tardía evolucionado de fluidos magmáticos asociados con la acogida pyroxenite pegmatita. Esto es apoyado por el 207 Pb / 206 Pb datos que sugieren que la deformación se produjo poco después de la primera cristalización.

Implicaciones

Retrodispersión de difracción de electrones se ha utilizado con éxito para identificar las microestructuras de deformación y explicar las variaciones en U-Th en circón, y análisis preliminares de circón de una gama de diferentes ambientes geológicos muestran que el cristal de deformación plástica en circón puede llegar a ser bastante común (Timms y Reddy, datos no publicados). En el presente estudio y otros estudios muestran que circón pueden deformar de cristal-plasticidad a amphibolite facies condiciones [28, 29]. Sin embargo, toda la gama de condiciones sobre las cuales circón es capaz de deformar el cristal de plástico de los procesos aún no se ha limitado, y en la actualidad no hay estudios publicados que prueba sistemáticamente la medida en que una determinada población de granos de circón puede verse afectada por el rock deformación. La importancia relativa de los numerosos factores que interactúan entre sí, tales como, temperatura, presión, la presencia de fluidos, el total de granel cepa, la cepa de particionado, y la fuerza relativa de otras especies minerales en la roca huésped, así como el establecimiento microestructural de los granos de circón, son Aún no se ha demostrado. Esta investigación pone de manifiesto la necesidad de estudiar otros ejemplos de circón con la prolongada historia de deformación.

Las circunstancias particulares del circón grano en este estudio han dado lugar a la modificación de la U-Th-Pb sistema de generación sin variaciones discernible en 207 Pb / 206 Pb edades. Sin embargo, en situaciones donde la alta temperatura de deformación se produce en una fecha muy posterior cristalización de circón, puede haber variaciones dramáticas en la U-Th-Pb composiciones y 207 Pb / 206 Pb edades. El diferencial de enriquecimiento de más de U Th pone de manifiesto que la deformación de una mayor difusión podría dar lugar a la modificación significativa de Th / U ratio, y que implica Th / U relación no siempre puede ser un sólido indicador primario de cristalización medio ambiente. La posibilidad de que el oligoelemento geoquímica puede ser modificado por los procesos asociados a la deformación tiene importantes implicaciones para todas las aplicaciones de circón de investigación, aún intragrain deformación plástica de circón en general ha sido pasado por alto.

Microestructuras de deformación (comúnmente <10 ° orientación variaciones) puede ser enmascarada por microscopía óptica de circón de la birrefringencia alta, especialmente dado el pequeño tamaño de los granos comunes a la mayoría de tipos de roca. Los efectos de la deformación en CL imágenes pueden ser muy sutiles y pueden pasar desapercibidas a los ojos [28]. Hemos demostrado en este estudio que intragrain microestructuras con deformación angular de los cambios sólo unos pocos grados puede ser importante para U-Th movilidad en circón, en la búsqueda de un acuerdo con REE la movilidad [28]. La detección y caracterización de estas sutiles microestructuras de grano en la escala de la cartografía EBSD fue primordial en ambos estudios. La escala espacial de deformación microestructuras en circón químicos asociados con la movilidad son mucho más finos que la resolución espacial de la actual-de protones, iones y láser-sondas e instrumentos populares para in-situ geochronology / geoquímica estudios, y puede afectar a áreas significativas de granos. Por lo tanto, posiblemente errónea interpretación de datos geoquímicos podría dar lugar al menos sin primero identificar y caracterizar la deformación microestructuras.

Agradecimientos

Damos las gracias a G. Droop para proporcionar la amabilidad de circón muestra GST15. Kevin Blake en el Centro Avanzado de Análisis, JCU, Townsville, se agradece la recopilación y el procesamiento de datos de longitud de onda CL. Damos las gracias a dos revisores anónimos y John Ayers, cuyas observaciones condujeron a una mejora significativa del manuscrito. Esta investigación fue apoyada por un proyecto ARC Discovery (DP0664078) y un ARC Vinculación Internacional de Becas (LX0453429), que son muy reconocidos. Este es el Instituto de Geociencias de Investigación (Tiger) Fecha de Publicación N º 4.