Ю.А.Костицын
Опубликовано в журнале "Природа", N 2, 2000 г. (Окончание. Начало в N 1.)
| Содержание
|
Дочерний, или радиогенный, изотоп 143Nd образуется при $\alpha$-распаде 147Sm (как и 87Sr при $\beta$-распаде 87Rb). Использование радиогенных изотопов 143Nd и 87Sr для изучения истории и, что более важно, предыстории горных пород основано на очень простой идее. Если на предшествующем этапе существования породы (например, до образования гранита в результате плавления некоего более древнего материала) в ней были относительно высокие концентрации материнских 147Sm и 87Rb, она унаследует от своего предшественника накопившиеся относительно высокие концентрации 143Nd и 87Sr, несмотря на то, сколько сейчас в ней содержится Nd или Sr, Sm или Rb. В действительности мы измеряем отношения радиогенных изотопов к своим стабильным изотопам-соседям, т.е. 143Nd/144Nd и 87Sr/86Sr, что не меняет сути дела. Согласитесь, что предыдущее утверждение ничем не отличается от такого: если в источнике породы были высокие отношения 147Sm/144Nd и 87Rb/86Sr, то эта порода унаследует соответственно высокие отношения 143Nd/144Nd и 87Sr/86Sr.
На самом деле первые же исследования [DePaolo D.J., Wasserburg G.J., 1976] изотопов неодима и стронция в земных породах обнаружили ярко выраженную обратную корреляцию отношений 143Nd/144Nd и 87Sr/86Sr, что свидетельствовало о противоположном изменении Sm/Nd и Rb/Sr в ходе формирования земной коры 7. Это не было неожиданностью, так как давно известно, что в последовательности пород ультраосновная  основная средняя кислая Rb/Sr возрастает, а Sm/Nd снижается. Обратную зависимость между 143Nd/144Nd и 87Sr/86Sr можно видеть на рис.5. Прежде чем разбирать подробно, что на нем изображено, отмечу еще одно, последнее усложнение.
 | |
Рис.5. Изотопный состав неодима и стронция в гранитоидах.
Изотопные отношения выражены в единицах эпсилон, которыми обозначают относительную величину отклонения изотопного отношения в данном образце от среднего для Земли
в целом (для данного возраста).Справа и вверху показаны современные изотопные отношения неодима и стронция. Сплошными кривыми оконтурены поля изотопных составов, характерных для базальтов срединно-океанических хребтов (MORB), базальтов океанических островов (OIB) и пылевой взвеси рек (RS).. |
Изотопные отношения на рисунке представлены в виде единиц  (эпсилон), которыми обозначают десятитысячные доли отклонения данного изотопного отношения от величины, средней для Земли:
![$\epsilon^{T}_{Nd}=10^{4}*\left[ \left( \frac{(^{143}Nd/^{144}Nd)^{T}_{S}}{(^{143}Nd/^{144}Nd)^{T}_{BE}}-1 \right) \right]$](http://images.geo.web.ru/pubd/2001/07/05/0001160735/tex/formula2.gif) и,
![$\epsilon^{T}_{Sr}=10^{4}*\left[ \left( \frac{(^{87}Sr/^{86}Sr)^{T}_{S}}{(^{87}Sr/^{86}Sr)^{T}_{BE}}-1 \right) \right]$](http://images.geo.web.ru/pubd/2001/07/05/0001160735/tex/formula3.gif) ,
где изотопные отношения образца (обозначены индексом S - sample) и Земли (BE - bulk Earth) вычисляются для времени T (возраста образца). Такое представление данных необходимо, если мы хотим сравнивать на одном графике разновозрастные породы, поскольку изотопные отношения и неодима, и стронция изменяются во времени не только в отдельных пробах, но, очевидно, и в Земле в целом, и в ее отдельных резервуарах, таких как мантия или кора.
Для начала обратим внимание на поля, оконтуренные сплошными кривыми (рис.5). Это - базальты срединно-океанических хребтов, MORB (mid-ocean ridge basalts), наиболее чистые мантийные породы, формирующие вновь образованную океаническую земную кору; базальты океанических островов, OIB (ocean island basalts), распространенные там, где земная кора уже сформирована и ее вещество отчасти может входить в их состав; речная взвесь RS (river suspension), представляющая собой усредненный на большой территории состав "наиболее верхнекоровой" компоненты материков, которую несут речные воды. В этих полях фиксируется отчетливая обратная корреляция между изотопными отношениями неодима и стронция. Такая гиперболическая зависимость, с одной стороны, может означать, что практически во всех земных породах присутствуют (в разных пропорциях) мантийная и коровая компоненты. С другой стороны, эта же самая картина может говорить о том, что взаимосогласованные и противоположно направленные вариации Sm/Nd и Rb/Sr свойственны всем реально действующим (т.е. проявленным на поверхности) источникам силикатных горных пород на Земле. По-видимому, оба объяснения вполне реальны, и каждый из этих двух процессов происходит в разных геологических ситуациях. Но как бы то ни было, мы запомним, что на Земле не найдены источники магматических пород, в которых Sm/Nd и Rb/Sr демонстрируют положительную корреляцию.
На рис.5 мы видим, что S-граниты в целом содержат наиболее радиогенный стронций и наименее радиогенный неодим по сравнению с остальными гранитоидами. Этот давно известный факт хорошо согласуется с предположением о преимущественно осадочном источнике их расплавов. Действительно, чтобы стать расплавом S-типа, веществу нужно после первичного образования в виде магматической породы мантийного происхождения оказаться на поверхности, подвергнуться выветриванию, переотложению, а потом вновь попасть на такую глубину, где возможно формирование гранитного расплава. За время этого долгого путешествия вещество, которое стало источником для S-гранитов, могло заметно изменить изотопный состав неодима и стронция по сравнению с исходными, мантийными значениями. Напротив, время пребывания в земной коре протовещества для I-гранитов может быть гораздо более коротким с момента его первичного отделения от мантии до повторного плавления в очаге гранитообразования.
Точки, отвечающие редкометалльным гранитам, образуют поле между мантийными породами и коровыми (речными осадками и S-гранитами, возникшими в результате плавления осадочных пород). Диапазон вариаций изотопного состава неодима достаточно широк, тем не менее редкометалльные граниты не тяготеют к крайностям - ни к чисто мантийным породам, ни к чисто коровым. Вариации изотопного состава стронция в них еще значительнее, но они не очень показательны, поскольку для пород с высокими Rb/Sr трудно определить начальный изотопный состав стронция с необходимой точностью. Поэтому мы просто будем иметь в виду, что разброс вдоль этой оси на рис.5 отягощен значительными погрешностями. Тем не менее, исходя из общего положения точек редкометалльных гранитов на этой диаграмме, мы можем предварительно заключить, что в их образовании могли принимать участие и мантийное, и коровое вещество.
Если вариации начальных изотопных отношений стронция или неодима наблюдаются в пределах единого гранитного тела, то не возникает сомнений, что при его образовании происходило смешение веществ с разным изотопным составом. При детальных изотопных исследованиях магматических пород нередко обнаруживается их изотопная гетерогенность, обусловленная взаимодействием глубинных магм с породами земной коры. Подобное же предположение в масштабе всей земной коры не так легко обосновать. Тем не менее повторим: исходя из общего положения точек редкометалльных гранитов на рис.5, мы можем предварительно заключить, что в образовании этих пород могло принимать участие и мантийное, и коровое вещество.
7 Часто вместо отношения 147Sm/144Nd в геохимических построениях и рассуждениях используют общее элементное отношение Sm/Nd, поскольку различаются они на постоянный множитель ~0.6, а вместо 87Rb/86Sr используют Rb/Sr, которое меньше примерно в 2.9 раза.
Назад | Вперед
|
