Неорганическая геохимия - Хендерсон П.
Скачать (прямая ссылка):
9. Распределение изотопов в геохимии 233
9.3. Радиоактивные изотопы: петрогенезис. Происходящие на Земле процессы химического фракционирования приводят к большим вариациям концентраций радиоактивных элементов. Например, урановые руды могут содержать несколько процентов урана, тогда как дуииты содержат его только около 10 млрд-1. Поэтому количества образованного радиогенного свинца будут заметно различаться. Если породы или руды впоследствии были переработаны или ремобилизованы и вошли в
О 1 2
87ЯЬ/вб5Г
Рис. 9.1. График изохроны Щ)—Бг. Возраст системы пород вычисляется по наклону линии (изохроны). 1 — минерал; 2 — порода в целом.
состав других, новых отложений, определенные в них изотопные отношения могут быть использованы для идентификации источника или источников вещества для новых осадков при условии, что процесс образования был простым. Для этих целей может быть также использован рубидий-стронциевый метод.
Рубидий имеет такие размер и заряд иона, .которые делают его некогерентным элементом при дифференциации базальтовой магмы (см. гл. 6). Он стремится оставаться в расплаве, накапливаясь в конечных, наиболее кремнеземистых продуктах. Из-за такого характера распределения этого элемента кора Земли содержит больше ТЯЬ, чем верхняя мантия (см. гл. 4). Поэтому скорость образования радиогенного 875г будет больше в коре, чем в верхней мантии. Скорость возрастания отношения 875г/865г в системе, закрытой по ГЯЬ и Бг, прямо пропорциональна отношению ИЬ/Зг. Величина отношения 875г/865>г в верхней мантии во время образования Земли была, вероятно, близка к аналогичной величине в ахондритах, т. е. к 0,69898±0,00003
234 Часть II
- 0,720
[299]!, и возрастала до современной величины 0,7037±0,0002, полученной по изотопному составу Бг океанических толеитов [74]. Эти две величины дают отношение ИЬ/Бг в верхней мантии, равное 0,024±0,001 (рис- 9.2).
Магма, выплавленная из мантии в некоторый момент времени, будет иметь отношение (875г/865г)о, лежащее на кривой роста ОР на рис. 9.2, если мантия изотопно гомогенна, но отношение Г^Ь/Бт в этой жидкости, вероятно, будет отличаться от мантийной величины. Высокие значения отношения ИЬ/Бг приведут к относительно более быстрому росту отно-? шения 875г/865г, что изобра-0,710 з^жено линией Б С. на рис. 9.2. ^ Аналогично сиалическая ко-е ра, которая образовалась в р результате дифференциации мантии на ранних стадиях истории Земли, имеет теперь относительно высокое
873г/
- 0,700
отношения
4000 3000 Z000 1000
Время, мдн.лет назад
Рис. 9.2. Графическое изображение изменения отношения 87Sr/^6Sr со временем. Линия ОР изображает изменение изотопно гомогенной мантии. Линия ВС изображает изменение для пород, образовавшихся из мантии 3 млрд. лет назад и имевших отношение концентраций Rb/Sr=0,2.
значение /863г.
Эти простые рассуждения об эволюции изотопных отношений были использованы для выделения провинций гранитных магм. Гранит мог образоваться из вещества верхней мантии либо при частичном плавлении мантийного материала, либо при кристаллизационной дифференциации выплавленной из мантии базальтовой магмы; кроме того, он мог образоваться при плавлении сиали-ческой коры. Граниты, образовавшиеся при анатексисе коры, должны были бы иметь относительно высокие начальные отношения 875г/865г. Низкое начальное значение данного отношения (0,704 и ниже) показывает, что граниты произошли из мантии или из недавно отделившегося от мантии вещества-предшественника.
Применение вышеуказанных соображений содержит несколько допущений. Три из них наиболее важны: мантия считается изотопно гомогенной; граниты образуются из мантии или коры в результате простого одноступенчатого процесса; изотопные
9. Распределение изотопов в геохимии 235
отношения в породах не изменены посткристаллизационными процессами. Имеются основания полагать, что по крайней мере два первых предположения могут не вполне соответствовать действительности, но представляется все же, что вследствие больших различий в изотопных отношениях между веществом из различных источников изотопы стронция могут быть использованы как петрогеиетический индикатор во многих случаях {74]. Таким методом Блексленд и др. [30]| на основании полученных низких начальных отношений <[(875г/865г)0 = 0,702-т-0,704] установили мантийное происхождение протерозойских гранитов и сиенитов провинции Гардар в юго-западной Гренландии. Ганнер [154] утверждает, что некоторые кварцевые монцониты с высокими начальными отношениями 875г/865г (0,734) из купола Мартина (горная цепь Миллера в Трансантарктических горах) образовались из магмы, которая либо возникла при частичном плавлении гранитного фундамента, либо ассимилировала большое количество древних сиалических пород. С другой стороны, было показано |[105]', что несколько крупных гранитных батолитов в Калифорнии (Северная Америка), которые по другим признакам почти полностью образовались в результате корового анатекси-са, имеют относительно низкие начальные величины отношения 875г/868г (около 0,707).
