Sm-Nd изотопная система Юрий Александрович Костицын МГУ им. М. В. Ломоносова Геологический факультет Задачи (*.xlsx) и лекции (*.pptx) – на сайте Геохимия_Изотопов_и_Геохронология

Lugmair G.W. Sm-Nd ages: a new dating method (abs). // Meteoritics V.9. P. 369.

Изотопный состав Sm и Nd At.%AW 144 Sm/ 154 Sm= Sm 3.075% Sm/ 154 Sm= Sm % Sm/ 154 Sm 148 Sm/ 154 Sm Sm % Sm/ 154 Sm= Sm % Sm/ 154 Sm= Sm 7.380% Sm/ 154 Sm= Sm % Sm % Sm

University of California, San Diego, La Jolla (UCSD), G.W.Lugmair California Institute of Technology, Pasadena (CIT), G.J.Wasserburg At.%AW 142 Nd/ 144 Nd= Nd % Nd/ 144 Nd= ( ) ( ) 143 Nd % Nd % Nd/ 144 Nd= Nd 8.290% Nd/ 144 Nd 146 Nd/ 144 Nd Nd % Nd/ 144 Nd= Nd 5.748% Nd/ 144 Nd= Nd 5.626% Nd

Jacobsen S.B., Wasserburg G.J., Sm-Nd isotopic evolution of chondrites. // Earth and Planetary Science Letters, : CHUR = Chondritic Uniform Reservoir

Moorbath, S, Allaart, JH, Bridgwater, D and McGregor, VR (1977). "Rb-Sr ages of early Archaean supracrustal rocks and Amitsoq gneisses at Isua." Nature 270:

Moorbath, S, Whitehouse, MJ and Kamber, BS (1997). "Extreme Nd-Isotope Heterogeneity in the Early Archean - Fact or Fiction - Case- Histories from Northern Canada and West Greenland." Chemical Geology 135(3-4):

Gruau G., Rosing M., Bridgwater D., Gill R.C.O. Resetting of Sm-Nd systematics during metamorphism of >3.7 Ga rocks: implications for isotopic models of early Earth differentiation. Chemical Geology V.133. P

McCulloch M.T., Compston W., Froude D. Sm-Nd and Rb-Sr dating of Archaean gneisses, eastern Yilgarn Block, Western Australia. // Journal of the Geological Society of Australia, :

Frost C.D., Frost B.R. Open-System dehydration of amphibolite, Morton Pass, Wyoming - elemental and Nd and Sr isotopic effects. // Journal of Geology (3):

Vance D., O'Nions R.K. Isotopic Chronometry of Zoned Garnets - Growth-Kinetics and Metamorphic Histories. // Earth and Planetary Science Letters (3-4):

Задача 11. Построить графики нормированных РЗЭ, рассчитать Eu/Eu* и (La/Lu) n Chond- rites 82LI4Aa, Carbo- natite 907-3, Raumid granite , Raumid granite-7 GL49S, Basalt glass (N.Chile) La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu

DePaolo D.J., Wasserburg G.J., Nd isotopic variations and petrogenetic models. // Geophysical Research Letters, (5):

DePaolo, Wasserburg, 1976

Обогащённое вещество Обеднённое вещество

DePaolo D.J., Wasserburg G.J. Inferences about magma sources and mantle structure from variations of 143 Nd/ 144 Nd. // Geophysical Research Letters, (12): CHUR = Chondritic Uniform Reservoir UR = Uniform Reservoir BSE = Bulk Silicate Earth CHUR UR: 87 Sr/ 86 Sr= BABI: BABI: 87 Sr/ 86 Sr= Rb/Sr=0.0286

Обеднённое вещество, Sm/Nd > Обогащённое вещество, Sm/Nd < Примитивное вещество, Sm/Nd = 0.325

Задача 12. Nd NdSm/Nd CHUR0? DM9? ContCrust-16? ( 143 Nd/ 144 Nd) CHUR = ( 147 Sm/ 144 Nd) CHUR =0.1967

Модельный возраст в Sm-Nd системе Позволяет оценить время отделения породы (или её протолита) от мантийного источника Позволяет оценить время отделения породы (или её протолита) от мантийного источника

Smith A.D., Ludden J.N. Nd isotopic evolution of the Precambrian mantle. // Earth and Planetary Science Letters :

Yamashita K., Creaser R.A. Geochemical and Nd isotopic constraints for the origin of the Late Archean turbidites from the Yellowknife area, Northwest Territories, Canada. Geochimica et Cosmochimica Acta (17): T DM

Yamashita K., Creaser R.A. Geochemical and Nd isotopic constraints for the origin of the Late Archean turbidites from the Yellowknife area, Northwest Territories, Canada. Geochimica et Cosmochimica Acta (17): T DM2

Мишина и др., 2005 Савельева и др., 2006

Задача 13. Вычислить T DM и T DM2 DM: Nd (0)=+9 Nd (0)=+9 Nd (4.56)=0 Nd (4.56)=0Cont.Crust: [Sm]=3.5 ppm [Nd]=16.0 ppm SampleSm/Nd 143 Nd/ 144 Nd Age ………… Остальные варианты в файле Ex13.xlsx на сайте wiki.web.ru

Проблема баланса кора-мантия

62 EM-I DM EM-II EM HIMU

20 км 660 км 2898 км 5145 км Верхняя мантия (27%) Нижняя мантия (73%) Внешнее ядро Внутреннееядро Континентальная кора = 0.57 % = 0.57 % Мантия + кора Мантия + кора Континентальная кора = 2.3 % = 2.3 % Верхняя мантия + кора Мантия(100%)

Smith A.D., Ludden J.N. Nd isotopic evolution of the Precambrian mantle. // Earth and Planetary Science Letters :

Прямые выплавки (E) из примитивной мантии и рестит (D) должны иметь начальный изотопный состав этого источника и комплементарные отношения Sm/Nd Прямые выплавки (E) из примитивной мантии и рестит (D) должны иметь начальный изотопный состав этого источника и комплементарные отношения Sm/Nd Линии смешения обеднён- ного и обогащённого вещества в этих координатах – прямые, проходящие через исходный (примитивный) источник Линии смешения обеднён- ного и обогащённого вещества в этих координатах – прямые, проходящие через исходный (примитивный) источник Прямые выплавки толеитов из CHUR должны иметь: Nd 0 Sm/Nd Прямые выплавки толеитов из CHUR должны иметь: Nd 0 Sm/Nd 0.325

76

Альтернатива: Мантия Земли в целом имеет отличное от хондритов Sm/Nd отношение или Мантия Земли в целом имеет отличное от хондритов Sm/Nd отношение или Примитивное (необеднённое) вещество, в объёме нижней мантии, полностью изолировано на глубине Примитивное (необеднённое) вещество, в объёме нижней мантии, полностью изолировано на глубине

D.C.Rubie, R.D. van der Hilst, Physics of the Earth and Planetary Interiors V.127. P Поток вещества в нижнюю мантию фиксируется сейсмотомографией. Значит есть и обратный поток – из нижней мантии к поверхности Земли

79 20 км 660 км 2898 км 5145 км UM LM Физически невозможная граница OC IC

Вывод: Мантия Земли имеет отличное от хондритов Sm/Nd отношение Мантия Земли имеет отличное от хондритов Sm/Nd отношениеКакое?

BSE(Sm/Nd=0.350) DM

Задача 14 Примитивная мантия Конт. кора DM Хондритовая (CHUR/UR) Нехондритовая(а)(б) Rb, ppm Sr, ppm Rb/ 86 Sr Sr/ 86 Sr Sr Sr ?? Sm, ppm Nd, ppm Sm/ 144 Nd Nd/ 144 Nd Nd Nd0.0 9 ?? Рассчитать изотопный состав обеднённой мантии (DM) при следующих допущениях: Рассчитать изотопный состав обеднённой мантии (DM) при следующих допущениях: DM образовалась в результате отделения вещества континентальной коры от примитивной мантии (а) хондритового и (б) нехондритового составаDM образовалась в результате отделения вещества континентальной коры от примитивной мантии (а) хондритового и (б) нехондритового состава средний возраст коры – по вариантам (файл Ex14.xlsx)средний возраст коры – по вариантам (файл Ex14.xlsx) Рассмотреть два случая: Рассмотреть два случая: 1) источник коры – вся мантия1) источник коры – вся мантия 2) источник коры – верхняя мантия2) источник коры – верхняя мантия Сформулировать выводы … Сформулировать выводы …

Обогащённое вещество Обеднённое вещество

Обеднённое вещество, Sm/Nd > Обогащённое вещество, Sm/Nd < Примитивное вещество, Sm/Nd =

Состав примитивной мантии Sm/Nd = и 143 Nd/ 144 Nd = Nd = 9 Sm/Nd = и 143 Nd/ 144 Nd = Nd = 9 Rb/Sr = Sr/ 86 Sr = Sr = – 24 ( 87 Sr/ 86 Sr) BABI = Rb/Sr = Sr/ 86 Sr = Sr = – 24 ( 87 Sr/ 86 Sr) BABI = 0.699

(BSE)

M.Boyet, R.W.Carlson. 142 Nd evidence for early (>4.53 Ga) global differentiation of the silicate Earth. Science Vol.309. P

Различия в Sm/Nd отношениях Земли и хондритов возникли изначально. Корообразование к этому феномену отношения не имеет Обе пары: и 146 Sm– 142 Nd и 147 Sm– 143 Nd приводят к исключительно согласованным выводам Состав земных пород относительно углистых хондритов (Carlson et al., 2007) Теоретическая разница в изотопном составе Земли (Sm/Nd=0.350) и хондритов (Sm/Nd=0.325) в зависимости от времени дифференциации

Причины изотопной гетерогенности мантии в Rb-Sr и Sm-Nd изотопных системах

Обеднённое вещество, Sm/Nd > Обогащённое вещество, Sm/Nd < Примитивное вещество, Sm/Nd = 0.350

102 EM-I DM EM-II EM HIMU

103 Насколько мантийный источник может быть гетерогенным в отношении элементов-примесей? Если в мантии имеют место вариации Rb/Sr, Sm/Nd, U/Th/Pb, Lu/Hf отношений, то со временем это должно привести к изотопной гетерогенности Sr, Nd, Pb, Hf

Изотопная гетерогенность мантии ( 87 Sr/ 86 Sr и 143 Nd/ 144 Nd) может быть следствием её химической гетерогенности (Rb/Sr и Sm/Nd) Два главных типа мантийных магм с обогащёнными характеристиками: Щелочные базальты (А) Щелочные базальты (А) Обогащённые толеиты (ET) Обогащённые толеиты (ET)