Ю.А.Костицын
Опубликовано в журнале "Природа", N 2, 2000 г. (Окончание. Начало в N 1.)
| Содержание
|
Мы сделаем еще одно небольшое отступление, чтобы познакомиться с уникальной для геохимии группой из 15 элементов - редкоземельных. Особенность их в том, что от 57-го элемента, лантана, к 71-му, лютецию, происходит заполнение электронами не внешнего шестого уровня, а внутренней 4f-орбитали. В результате этого вся команда редкоземельных элементов (РЗЭ) имеет очень близкие химические свойства, такие, например, как ионный радиус, который (для шестерной координации в трехвалентном состоянии) постепенно уменьшается от 1.03 ангстрем у лантана до 0.86 у лютеция. Все РЗЭ в природных магматических системах находятся в трехвалентном состоянии. Исключение составляет только европий, который (в зависимости от активности кислорода) может находиться и в двухвалентном состоянии.
Такая плавность изменения свойств в ряду редких земель приводит, в частности, и к постепенному изменению их концентрации в кристаллизующихся минералах относительно материнского расплава, т.е. изменению коэффициентов распределения. Если взглянуть на рис.6, где показаны профили содержаний РЗЭ в хондритах и некоторых земных породах, то трудно разглядеть какие-либо закономерности, о которых я только что рассказывал. Чтобы устранить "пилообразность" на графике, обусловленную тем, что космическая распространенность четных элементов больше, чем у нечетных, применяется довольно простой способ - нормирование по хондритам. Оно заключается в том, что концентрация каждого редкоземельного элемента в рассматриваемом образце делится на его концентрацию в хондритах. В результате этой операции мы получим закономерные и вполне понятные зависимости (просто уникальные по своей строгости в сравнении с любыми другими данными в геохимии). Профиль РЗЭ в самих хондритах (1), как и следовало ожидать, превратился в горизонтальную прямую на уровне единицы. На спектре в океаническом базальте (2) наблюдается обогащение РЗЭ примерно в десять раз в сравнении с хондритами. I-гранит (3) заметно больше обогащен легкими РЗЭ (от La до Sm) и обеднен европием по сравнению с соседними самарием и гадолинием. В редкометалльном Low-P граните (4) европиевый минимум еще более глубокий, и тяжелые редкие земли (Gd-Lu) преобладают над легкими (La-Sm). Величину европиевой аномалии принято рассчитывать как отношение нормированной концентрации европия к среднему геометрическому из концентраций его соседей:
Eu/Eu* = Eun/Smn*Gdn,
где индекс n означает, что используются нормированные по хондритам величины. На рис.6 наблюдается слабая положительная европиевая аномалия у базальта (Eu/Eu*=1.06), четко проявлена отрицательная - у I-гранита (0.63) и очень глубокая - у редкометалльного (0.029).
 | |
Рис.6. Типичные примеры содержаний редкоземельных элементов (РЗЭ) в хондритах (1), океаническом базальте (2), I-граните (3) и Low-P редкометалльном граните (4). РЗЭ расположены
в порядке возрастания заряда ядра (или в порядке уменьшения ионного радиуса). Слева приведены абсолютные концентрации элементов, справа концентрация каждого элемента поделена на его концентрацию в хондритах.. |
Причины возникновения аномалии европия в магматическом расплаве связаны с тем, что в двухвалентном состоянии он гораздо активнее входит в структуру некоторых минералов, прежде всего полевых шпатов. Если в какой-то области расплава происходило накопление полевых шпатов, то результирующая порода будет содержать избыток европия; если же, напротив, такие минералы активно удалялись из расплава (фракционировали), то возникнет порода с отрицательной европиевой аномалией.
Отношение легких РЗЭ к тяжелым, которое обычно выражают через (La/Lu)n, отражает степень дифференцированности породы. Так, например, примитивный базальт (2) имеет (La/Lu)n=1.1, а у I-гранита (3) эта величина составляет 9.6 (рис.6).
Простые и строгие профили распределения редких земель дают геохимикам богатые возможности для количественного моделирования различных геологических процессов. Приведенные на рис.6 примеры, конечно же, далеко не исчерпывают всего природного многообразия. В частности, гораздо более дифференцированный редкометалльный гранит (4) на рис.6 имеет (La/Lu)n=0.52, т.е. даже ниже, чем в базальтах. И нужно заметить, случай этот достаточно типичный, и его причину мы обсудим в следующих разделах.
Назад | Вперед
|
