Геохимия изотопов радиоактивных элементов ( U, Th, Ra)

5.2. Диаграмма KTh - KPb.

Оба параметра представляют собой отношение одних и тех же элементов, то есть геохимически идентичны. Как уже говорилось выше, K_Th харатеризует торий-урановое отношение в очаге (источнике) в настоящее время. K_Pb является интегральной величиной и характеризует торий-урановое отношение в источнике за все время, прошедшее с момента формирования Земли. Величина K_Рb не чувствительна к вариациям торий-уранового отношения за последние 150-200 млн лет, то есть за время существования современного Океана. Следовательно, геохмические процессы, изменяющие это отношение в магматических источниках, в указанный период не влияют на величину K_Pb, но могут существенно изменить K_Th. Благодаря этому, сопоставление обоих критериев между собой дает возможность получать информацию как о происхождении источников вулканизма, так и об их последующей эволюции. Тем более, что оба параметра имеют идентичный характер распределения, но различаются между собой по величине. Совмещение критериев на одной диаграмме дает в руки исследователей новый дополнительный инструмент для изучения причин гетерогенности основных глобальных резервуаров Земли.

Предложенная нами диаграмма K_Th-K_Pb приведена на Рис. 5.4 (Титаева, 1998). Она составлена по данным автора и литературным источникам. Плоскость диаграммы разделенa на 4 поля двумя прямыми линиями: (K_Th = K_Pb) и (K_Рb = 3,95). Прямая K_Pb=3,95 - эмпирическая. Она проведена на основании гистограмм распределения K_Рb и отделяет магматические источники, связанные с обедненным резервуаром от источников в обогащенном резервуаре. Прямая K_Th=K_Pb характеризует геометрическое место точек изотопных составов древних источников, сохранившихся после своего формирования в виде закрытых систем. Если бы не существовало позднейших, наложенных, процессов, разделивших уран и торий, все точки должны были бы лежать на этой прямой. Здесь, видимо, должен располагаться и состав примитивной мантии, а также состав источников, испытавших в процессе свой эволюции эквивалентное воздействие разнонапаравленных процессов: обогащение U и обогащение Th.

Точки, расположенные ниже этой прямой, соответствуют магматическим источникам, обогащенным U, а точки выше прямой соответствуют источникам, обогащенным Th. Практически для всех эмпирических точек наблюдается неравенство величин K_Pb и K_Тh. Это свидетельствует о существовании процессов, постоянно влияющих на величину Th/U отношения. Точки выше прямой соответствуют выплавкам из мантии, измененной под влиянием щелочного метасоматоза, который приводит к опережающему обогащению Th отнсительно U (и легкими лантаноидами относительно тяжелых). Здесь раполагаются породы щелочных серий Восточно-Африканских рифтов, лампроиты в. Гауссберг (Антарктида), фонолиты и карбонатиты островов Зеленого Мыса, высококалиевые щелочные породы Явы и Филиппин. При этом все точки расположены в правой части этой половины диаграммы (поле III), которая принадлежит обогащенному резервуару. Поле IV этой части диаграммы относится к обедненному резервуару и точек не содержит. Связано ли это со сравнтельной редкостью подобных источников или с принципиальным их отсутствием, пока сказать трудно.

Ниже прямой расположены точки, испытавшие обогащение ураном, скорее всего в океанических условиях по модели, описанной выше. При этом поле 1 принадлежит к обедненному резервуару. Здесь располагаются составы нормальных базальтов срединно-океанических хребтов (N-MORB), океанических островов вне пределов DUPAL-аномалии, энсиматических островных дуг. Породы аналогичных структур в пределах изотопных аномалий (DUPAL в Южном полушарии) попадают в поле III, принадлежащее к источникам обогащенного резервуара, испытавшим позднейшее обогащение ураном. Это острова Гоф, Тристан-да-Кунья, подводный хребет Китовый, соответствующий им отрезок Срединно-Атлантического хребта, часть хребтов и островов Индийского океана и др. Из диаграммы, при первом рассмотрении, можно сделать следующие выводы. Обогащение ураном верхней части океанической мантии и источников, прошедших в какой-то период океаническую стадию, имеет глобальный характер. Максимальное обогащение ураном отмечается в зонах субдукции и спрединга.

Диаграмма может быть использована для исследования принадлежности источников молодых вулканических пород к тому или иному глобальному резервуару Земли. В качестве примера может служить наша работа по Исландии (Салтыковский, Титаева, Геншафт, 1998). Использование диаграммы K_Th-K_Pb позволило сделать вывод, подтвержденный геологичесими даннными, что наиболее древние (преимущественно миоценовые) вулканические породы острова формировались в ходе процессов, протекающих в магматических очагах, локализованных в литосфере континентального типа. На более позднем плиоцен-четвертичном этапе развития Исландии, по-видимому происходила перестройка всей глубинной структуры и менялся режим магмообразования от близкого к континентальному до режима океаничесого типа.