铼锇测年法

铼-锇测年法是一种放射性定年法，基于同位素¹⁸⁷Re到¹⁸⁷Os的β衰变。正常情况下，其半衰期为41.6×10⁹年^[1]，但使用完全电离的¹⁸⁷Re原子的研究发现，半衰期会降至仅33年^[2]。铼和锇都具有强烈的亲铁性（亲铁性），而铼还具有亲硫性（亲硫性），这使其可用于测定金和铜镍矿床等硫化矿的年代。

此测年方法是基于使用 N-TIMS（负热电离质谱法）测量的同位素比计算出的等时线。

铼锇等时线

铼锇测年法是采用等时线测年法进行的。等时线是透过分析几个被认为是同时由同一来源形成的样本而创建的。 Re-Os 等时线绘制了放射性成因 ¹⁸⁷Os 与非放射性成因 ¹⁸⁸Os 的比率以及母同位素 ¹⁸⁷Re 与非放射性同位素 ¹⁸⁸Os 的比率。采用稳定且相对丰富的锇同位素¹⁸⁸Os来标准化等时线中的放射性同位素。

Re-Os等时线由下列方程式定义：

${\displaystyle \left({\frac {{}^{187}\mathrm {Os} }{{}^{188}\mathrm {Os} }}\right)_{\mathrm {present} }=\left({\frac {{}^{187}\mathrm {Os} }{{}^{188}\mathrm {Os} }}\right)_{\mathrm {initial} }+\left({\frac {{}^{187}\mathrm {Re} }{{}^{188}\mathrm {Os} }}\right)\cdot (e^{\lambda t}-1),}$

其中：

t为样本的年龄，

λ为¹⁸⁷Re的衰变常数，

(e^λt−1)为定义系统年龄的等时线的斜率。

应用铼锇等时线法的一个很好的例子是对南非威特沃特斯兰德采矿营地金矿床的年代测定研究。^[3]

铼锇同位素演化

在地球最初的吸积过程中，铼和锇具有强耐火性和亲铁性，这导致这两种元素优先进入地球核心。因此，这两种元素在硅酸盐地球中应该是贫化的，但地幔中的 ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os比率却是球粒陨石。^[4]这种明显矛盾的原因在于部分熔融事件中铼和锇行为的改变。 Re 倾向于进入熔体相（不相容），而锇则留在固体残留物中（相容）。这导致海洋地壳中的${\displaystyle {\frac {Re}{Os}}}$比率较高（源自地幔的部分熔融），而下地幔中的${\displaystyle {\frac {Re}{Os}}}$比率较低。在这方面，${\displaystyle {\frac {Re}{Os}}}$体系对于研究地幔岩石的地球化学演化和确定地幔分异的年表是极为有帮助的。

橄榄岩捕虏体被认为是上地幔（地球）的样本，有时含有超球粒陨石 Os 同位素比率。这被认为是古老高 Re/Os 玄武岩地壳被循环回地幔的证据。这种放射性熔体（由¹⁸⁷Re衰变产生的¹⁸⁷Os）和非放射性熔体的组合有助于支持地幔中至少有两个Os同位素储层的理论。这两个储层的体积被认为约占整个地幔的 5-10%。 ^[5]第一个储层的特征是铼和熔体肥力替代物（例如钙和铝等元素的浓度）的消耗。第二个储层是球粒陨石成分。

透过Re-Os测年直接测量大陆地壳的年龄是困难的。捕虏体被通常富含铼的岩浆渗透，改变了真正的元素铼/锇比率。相反，可以透过两种方式确定模型年龄：“铼耗竭”模型年龄或“熔融年龄”模型。前者假设元素${\displaystyle {\frac {Re}{Os}}}$比等于0（镁绿岩残留物的${\displaystyle {\frac {Re}{Os}}}$为0，因此假设捕虏体是从近科马提岩熔体中提取出来的），从而找到提取事件的最小年龄。后者给出了熔融事件的年龄，该年龄是根据熔融替代物（如 Al₂O₃）等于 0 时推断出来的（古代次大陆岩石圈的CaO和Al₂O₃的重量范围为2%。

铂-铼-锇系统学

¹⁹⁰Pt 放射性衰变为 ¹⁸⁶Os，半衰期为4.83(3)×10¹¹年^[6]（它比宇宙的年龄还要长，因此本质上是稳定的）。然而，现代柱状相关岩浆的原位 ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os 和 ¹⁸⁶Os/¹⁸⁸Os同时富集，这意味着${\displaystyle {\frac {Pt}{Os}}}$和${\displaystyle {\frac {Re}{Os}}}$。由于两种母同位素的半衰期都极长，因此富含Os同位素的储层一定非常古老，以便有足够的时间让子同位素形成。这些观察结果被解释为支持以下理论：太古代俯冲地壳将富含 Os 同位素的熔体带回地幔。