Hf-W изотопная система: Проблемы определения возраста земного ядра Юрий Александрович Костицын МГУ им. М. В. Ломоносова Геологический факультет Задачи (*.xlsx) и лекции (*.pptx) – на сайте Геохимия_Изотопов_и_Геохронология

Формирование ядра – мощнейший фактор изменения состава внешних оболочек Земли и условий на её поверхности Javoy, 2005

U, Pb, W, Hf – типичные литофильные элементы в силикатных системах, однако Pb и W – проявляют умеренные сидерофильные свойства в присутствии металлической фазы U, Pb, W, Hf – типичные литофильные элементы в силикатных системах, однако Pb и W – проявляют умеренные сидерофильные свойства в присутствии металлической фазы U,Hf Pb,W = 238 U/ 204 Pb= 238 U/ 204 Pb

Формально можно записать: Оставшаяся к сегодняшнему дню доля 182 Hf составляет 3×10 –155 от его исходной распространённости. Теперь за начало координат принято время зарождения Солнечной Системы, а не сегодняшний день

Объекты W (CHUR) W (CHUR)Hf/WХондриты01.10 Kleine et al., 2002; Yin et al., 2002; Kleine et al., 2004 Мантия Земли (14÷26) Newsom et al., 1996; Mcdonough, Sun, Железные метеориты (первичные) –1.6~0 Horan, 1998; Yin et al., 2002

Распределение Pb и W в системе силикат-металл (экспериментальные данные) Pb: При 2 GPa и T= °C D met/sil13 в современной (окисленной) мантии, но был 30 в более восстановленных условиях (Wood et al., 2008). Присутствие серы повышает D sulf/sil до 40. W: D met/sil зависит от температуры, давления, степени полимеризации силикатного расплава, и очень сильно от f O2. Экстраполяция к условиям нижней мантии даёт оценку для D met/sil 10 2 ÷ 10 3 (Walter et al., 2000; Righter, 2003), которая, скорее всего, завышена.

Newsom et al-96 McD&S-95 Data source: MetBase (R)

U/Pb и Hf/W отношения в протоземле и современной мантии (геохимические и космохимические оценки) В углистых хондритах (или 238 U/ 204 Pb) 0.13, но Земля в целом, скорее всего, была обеднена свинцом в ходе аккреции из-за его высокой летучести. По оценкам Allegré et al., 2001 для Земли в целом В углистых хондритах (или 238 U/ 204 Pb) 0.13, но Земля в целом, скорее всего, была обеднена свинцом в ходе аккреции из-за его высокой летучести. По оценкам Allegré et al., 2001 для Земли в целом Для современной мантии 8÷9. Для современной мантии 8÷9. В углистых хондритах (Kleine et al., 2004) в среднем Hf=166 ppb, W=151 ppb, что даёт Hf/W=1.10. Эту величину можно принять исходной для Земли в целом. В углистых хондритах (Kleine et al., 2004) в среднем Hf=166 ppb, W=151 ppb, что даёт Hf/W=1.10. Эту величину можно принять исходной для Земли в целом. Относительно хондритов мантия обеднена вольфрамом до уровня ~0.06 (Newsom et al., 1996), что даёт оценку Hf/W 19 (от 14 до 26). Относительно хондритов мантия обеднена вольфрамом до уровня ~0.06 (Newsom et al., 1996), что даёт оценку Hf/W 19 (от 14 до 26).

Data sources: Harper & Jacobsen, 1996 Kleine et al, 2002 Yin et al, 2002 Мгновенное формирование ядра

(Kleine et al., 2005)

Предварительный итог Оценки момента формирования земного ядра, полученные в U-Pb и Hf-W системах, сильно расходятся (~120 и ~34 млн.лет после CAI). Оценки момента формирования земного ядра, полученные в U-Pb и Hf-W системах, сильно расходятся (~120 и ~34 млн.лет после CAI). Они должны совпадать, если дифференциация протоземного вещества по U/Pb и Hf/W произошла мгновенно (мегаимпакт?) или протекала равновесно. Они должны совпадать, если дифференциация протоземного вещества по U/Pb и Hf/W произошла мгновенно (мегаимпакт?) или протекала равновесно.

а – равновесная дифференциация протовещества на ядро и мантию. б – неравновесный длительный рост ядра, домен за доменом.

Численные модели развития U-Pb и Hf-W изотопных систем Мантия представляется множеством доменов (10 3 –10 4 ). Мантия представляется множеством доменов (10 3 –10 4 ). Рост ядра в моделях задавался: (1) экспоненциально затухающий, (2) линейный одностадийный и (3) линейный двухстадийный. Рост ядра в моделях задавался: (1) экспоненциально затухающий, (2) линейный одностадийный и (3) линейный двухстадийный. По мере роста ядра в каждой вновь продифференцировавшей порции мантийного материала (в каждом домене) U/Pb и Hf/W отношения скачком вырастают от примитивных величин 0 =0.8 и (Hf/W) 0 =1.1 до значений, характерных для силикатной мантии. По мере роста ядра в каждой вновь продифференцировавшей порции мантийного материала (в каждом домене) U/Pb и Hf/W отношения скачком вырастают от примитивных величин 0 =0.8 и (Hf/W) 0 =1.1 до значений, характерных для силикатной мантии. Изменение изотопного состава Pb и W происходит в каждом домене в соответствии с законом радиоактивного распада. Изменение изотопного состава Pb и W происходит в каждом домене в соответствии с законом радиоактивного распада. Для разных величин Hf/W отношения подбираются скорости роста ядра и величины такие, чтобы средние изотопные отношения Pb и W отвечали наблюдаемым. Для разных величин Hf/W отношения подбираются скорости роста ядра и величины такие, чтобы средние изотопные отношения Pb и W отвечали наблюдаемым.

Data sources: Stacey & Kramers, 1975 Asmerom & Jacobsen, 1993

Выводы: Оценки времени формирования ядра по изотопным данным Pb и W – модельно-зависимые. Оценки времени формирования ядра по изотопным данным Pb и W – модельно-зависимые. В случае мгновенного формирования ядра Земли U-Pb и Hf-W системы должны были бы показать одинаковые значения его возраста. В случае мгновенного формирования ядра Земли U-Pb и Hf-W системы должны были бы показать одинаковые значения его возраста. Большие расхождения в оценках возраста ядра (~120 и ~34 млн.лет после CAI) объясняются конечной скоростью роста ядра. Большие расхождения в оценках возраста ядра (~120 и ~34 млн.лет после CAI) объясняются конечной скоростью роста ядра. Гипотеза мегаимпакта, предполагающая быстрое, геологически – мгновенное формирование ядра Земли, не согласуется с имеющимися изотопными данными. Гипотеза мегаимпакта, предполагающая быстрое, геологически – мгновенное формирование ядра Земли, не согласуется с имеющимися изотопными данными.