Diffusion du plomb dans la monazite
Lead diffusion in monazite
Résumé
Proper knowledge of the diffusion rates of lead in monazite is necessary to understand the U-Th-Pb age anomalies of this mineral, which is one of the most used in geochronology after zircon.
Diffusion experiments were performed in NdPO4 monocrystals and in Nd0.66Ca0.17Th0.17PO4 polycrystals from Nd0.66Pb0.17Th0.17PO4 thin films to investigate Pb2+ + Th4+ 2 Nd3+ and Pb2+ Ca2+ exchanges. Diffusion annealings were run between 1200 and 1500°C, at room pressure, for durations ranging from one hour to one month. The diffusion profiles were analysed using TEM and RBS.
The diffusivities extracted for Pb2+ + Th4+ 2 Nd3+ exchange follow an Arrhenius law with parameters E = 509 ± 24 kJ mol-1 and log D0 (m2 s-1) = -3.41 ± 0.77. Preliminary data for Pb2+ Ca2+ exchange are in agreement with this result.
The extrapolation of our data to crustal temperatures yields very slow diffusivities. For instance, the time necessary for a 50 µm grain to lose all of its lead at 800°C is greater than the age of the Earth.
From these results and other evidence from the literature, we conclude that most of the perturbations in U-Th-Pb ages of monazite cannot be attributed to lead diffusion, but rather to interactions with fluids.
Diffusion experiments were performed in NdPO4 monocrystals and in Nd0.66Ca0.17Th0.17PO4 polycrystals from Nd0.66Pb0.17Th0.17PO4 thin films to investigate Pb2+ + Th4+ 2 Nd3+ and Pb2+ Ca2+ exchanges. Diffusion annealings were run between 1200 and 1500°C, at room pressure, for durations ranging from one hour to one month. The diffusion profiles were analysed using TEM and RBS.
The diffusivities extracted for Pb2+ + Th4+ 2 Nd3+ exchange follow an Arrhenius law with parameters E = 509 ± 24 kJ mol-1 and log D0 (m2 s-1) = -3.41 ± 0.77. Preliminary data for Pb2+ Ca2+ exchange are in agreement with this result.
The extrapolation of our data to crustal temperatures yields very slow diffusivities. For instance, the time necessary for a 50 µm grain to lose all of its lead at 800°C is greater than the age of the Earth.
From these results and other evidence from the literature, we conclude that most of the perturbations in U-Th-Pb ages of monazite cannot be attributed to lead diffusion, but rather to interactions with fluids.
La connaissance des vitesses de diffusion du plomb dans la monazite est indispensable pour comprendre les anomalies des âges U-Th-Pb de ce minéral, qui est un des plus utilisés en géochronologie après le zircon.
Des expériences de diffusion ont été faites dans des monocristaux de NdPO4 et des polycristaux de Nd0.66Ca0.17Th0.17PO4 à partir de couches minces de Nd0.66Pb0.17Th0.17PO4, pour étudier les échanges Pb2+ + Th4+ 2 Nd3+ et Pb2+ Ca2+. Les recuits de diffusion ont été effectués entre 1200 et 1500°C, à pression ambiante, pour des durées comprises entre une heure et un mois. Les profils de diffusion ont été analysés en MET et en RBS.
Les diffusivités extraites pour l'échange Pb2+ + Th4+ 2 Nd3+ suivent une loi d'Arrhenius de paramètres E = 509 ± 24 kJ mol-1 et log D0 (m2 s-1) = -3.41 ± 0.77. Les données préliminaires pour l'échange Pb2+ Ca2+ concordent avec ce résultat.
L'extrapolation de nos données aux températures crustales donne de très faibles diffusivités. Par exemple, le temps nécessaire pour qu'un grain de monazite de 50 µm perde tout son plomb à 800°C est supérieur à l'âge de la Terre.
De ces résultats et d'autres évidences de la littérature, nous concluons que la plupart des perturbations des âges U-Th-Pb des monazites ne peut pas être attribuée à la diffusion du plomb à l'état solide, mais plus vraisemblablement à des interactions avec des fluides
Des expériences de diffusion ont été faites dans des monocristaux de NdPO4 et des polycristaux de Nd0.66Ca0.17Th0.17PO4 à partir de couches minces de Nd0.66Pb0.17Th0.17PO4, pour étudier les échanges Pb2+ + Th4+ 2 Nd3+ et Pb2+ Ca2+. Les recuits de diffusion ont été effectués entre 1200 et 1500°C, à pression ambiante, pour des durées comprises entre une heure et un mois. Les profils de diffusion ont été analysés en MET et en RBS.
Les diffusivités extraites pour l'échange Pb2+ + Th4+ 2 Nd3+ suivent une loi d'Arrhenius de paramètres E = 509 ± 24 kJ mol-1 et log D0 (m2 s-1) = -3.41 ± 0.77. Les données préliminaires pour l'échange Pb2+ Ca2+ concordent avec ce résultat.
L'extrapolation de nos données aux températures crustales donne de très faibles diffusivités. Par exemple, le temps nécessaire pour qu'un grain de monazite de 50 µm perde tout son plomb à 800°C est supérieur à l'âge de la Terre.
De ces résultats et d'autres évidences de la littérature, nous concluons que la plupart des perturbations des âges U-Th-Pb des monazites ne peut pas être attribuée à la diffusion du plomb à l'état solide, mais plus vraisemblablement à des interactions avec des fluides
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