Le principe de la méthode 87Rb / 87Sr
Au cours de leur formation, certains minéraux des roches magmatiques et métamorphiques intègrent quelques atomes du rubidium. Son isotope 87 (87Rb) qui est radioactif se désintègre en strontium 87 (87Sr): 87Rb → 87Sr + énergie
Le 87Sr ayant les mêmes propriétés chimiques que le Ca, il peut se substituer au Ca dans les minéraux qui en incorporent. Le 87Rb ayant quant à lui les mêmes propriétés chimiques que le K (potassium) , il peut se substituer au K dans les minéraux qui en incorporent.
La détermination de l'âge d'une roche par la méthode Rb/Sr pose deux difficultés:
On ne connait pas la quantité initiale P0 d'éléments pères (87Rb0)
On ne connait pas la quantité d'éléments fils (87Sr) radiogéniques (provenant de la désintégration du 87Rb) car les minéraux au moment de leur formation incorporent également une quantité variable de 87Sr non radiogénique (non issu de la désintégration d'un élément père radiactif). La quantité de 87Sr mesurée à l'instant t correspond donc à la somme de la quantité initiale de 87Sr non radiogénique et de la quantité de 87Sr issue de la désintégration du 87Rb.
Pour contourner cette difficulté, il faut des mesures provenant d'au moins deux minéraux d'une même roche (minéraux ayant cristallisé en même temps à partir du même magma = minéraux cogénétiques) et prendre en compte un isotope de référence indispensable pour comparer les mesures des différents échantillons. C'est l'isotope 86Sr qui est stable (comme 87Sr) et qui n'est pas radiogénique (contrairement à 87Sr) qui sert de référence dans ce cas.
À t0, lors de la fermeture du système le rapport 87Sr/86Sr est identique dans tous les minéraux de l'échantillon. Cela s'explique par le fait que les minéraux ont la même affinité pour les deux isotopes du strontium. Ainsi, des minéraux cristallisant à partir d'un même magma intégreront du strontium avec un rapport isotopique 87Sr / 86Sr identique à celui du magma d'origine. On dit que ces minéraux sont cogénétiques. Et même si certains minéraux intégreront plus de strontium que d'autres, tous auront le même rapport initial 87Sr0 / 86Sr0
À t0, les minéraux possèdent des rapports 87Rb/86Sr différents les uns des autres car ils possèdent chacun une affinité différente pour Rb et Sr.
Au cours du temps, 87Rb étant radioactif, il se désintègre en 87Sr; donc la quantité de 87Rb diminue tandis que la quantité de 87Sr augmente. Le 86Sr n'étant ni radioactif ni radiogénique, sa quantité reste constante: 86Sr0 = 86Sr actuel. Ainsi le rapport 87Rb/86Sr diminue tandis que le rapport 87Sr/86Sr augmente.
Au temps actuel, on peut mesurer les rapports 87Sr/86Sr et 87Rb/86Sr par spectrométrie de masse dans différents minéraux cogénétiques, et tracer le graphique 87Sr/86Sr = f (87Rb/86Sr).
On obtient alors une droite dite « isochrone » dont l'équation est de type y = a.x + b :
87Sr/86Sr = (eλt – 1) * 87Rb/86Sr + 87Sr0/86Sr
On observe que plus le temps écoulé depuis la fermeture du système est grand, plus la pente de la droite isochrone est élevée. On en déduit que la pente a = (eλt – 1) est fonction du temps écoulé depuis la fermeture du système. Donc, si a = eλt – 1 Alors, t = [ln (a + 1) ]/ λ