Synthesis of U and Pb-doped calcite; A Novel reference material for in situ U-Pb dating of carbonate

U, Pbをドープしたカルサイトの合成; 局所分析法によるU-Pb年代測定のための標準物質

宮嶋 佑典*; 斉藤 綾花*; 鍵 裕之*; 横山 立憲   ; 平田 岳史*; Roberts, N. M. W.*; Horstwood, M.*

Miyajima, Yusuke*; Saito, Ayaka*; Kagi, Hiroyuki*; Yokoyama, Tatsunori; Hirata, Takafumi*; Roberts, N. M. W.*; Horstwood, M.*

カルシウム炭酸塩の絶対年代測定は古環境の変遷やテクトニクス及び流体の循環に関する知見を与える。LA-ICP質量分析法によるU-Pb年代測定技術は、断層に存在するカルサイトなどの生物の層序やSr同位体層序で年代決定できない天然の炭酸カルシウムに適応可能な技術として重要である。天然から採取されたカルサイトであるWC-1(254.46.4Ma)は、LA-ICP質量分析において、元素分別効果を補正するために有用な標準物質である。しかしながら、分析試料の年代につく不確かさは、WC-1に認められるUとPbの不均質な分布に依存する。本研究では、UとPb濃度およびPb同位体組成が均質なカルサイトの合成を行った。UとPbをドープした試薬から沈殿させた非晶質炭酸カルシウムを結晶化させることにより、不適合元素であるUとPbをカルサイトへ包含させた。合成したカルサイトはU及びPb濃度について均質(それぞれ4%及び7%の2標準偏差)であった。また、Pb/Pb比の均質性は1%(2)以下である一方で、U/Pbの均質性は比較的低く、27%(2)であった。合成カルサイトの有効性を確認するため、WC-1の年代測定を合成カルサイトを用いた元素比補正によって実施したところ、3%程度の精度での正確な年代測定(246.67.3Ma)に成功した。

Direct age determination of carbonate minerals provides valuable insight to paleoenvironmental change, tectonics, and sub-surface fluid-flow. The U-Pb method using laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry (LA-ICP-MS) is a key technique to date natural carbonates such as fault-hosted calcite that cannot be dated by biostratigraphy or Sr isotope stratigraphy. A natural calcite cement WC-1 (254.4 6.4 Ma) is suitable as a reference material to correct elemental fractionation with LA-ICP-MS. However, the resulting uncertainty on a sample date is limited by the heterogeneity of U and Pb distribution in the reference material. Our objective is to synthesize calcite with homogeneous U and Pb concentrations and isotope ratios to be used as novel reference materials. To achieve this, we incorporate incompatible U and Pb into calcite through heat-induced crystallization from amorphous calcium carbonate precipitated from U, Pb-doped reagent solution. LA-ICP-MS analyses of results so far revealed that the U/Ca and Pb/Ca ratios in the synthetic calcites were generally homogeneous with relative standard deviation (2SD, n = 10) better than 4% and 7%, respectively. The Pb/Ca homogeneity of calcites doped with 1 g/g Pb was up to ~25%. The Pb/Pb ratio of the synthetic calcites was very homogeneous with 1% variation, whereas the U/Pb ratio was less homogeneous (2%7% variation). To evaluate the suitability of the synthetic calcite as a reference material, we measured the age of WC-1 using the synthetic calcite for elemental fractionation correction; we could date WC-1 with a precision and accuracy of ~3% (246.6 7.3 Ma). This method is a promising alternative in addition to characterising natural carbonate materials for elemental and isotopic composition.