Датирование самарий-неодим

Датирование самарием-неодимом — это радиометрический метод датирования , полезный для определения возраста горных пород и метеоритов , основанный на альфа-распаде долгоживущего самария изотопа ( ¹⁴⁷
Sm ) до стабильного радиогенного изотопа неодима ( ¹⁴³
Нд ). Соотношения изотопов неодима вместе с соотношениями самария и неодима используются для предоставления информации о возрасте и источнике магматических расплавов. Иногда полагают, что в момент корового формирования материала из мантии соотношение изотопов неодима зависит только от времени, когда это событие произошло, но в дальнейшем оно развивается таким образом, который зависит от нового соотношения самария и неодима в коре. материал, который будет отличаться от соотношения в материале мантии. Самариево-неодимовое датирование позволяет определить время формирования корового материала.

Полезность Sm-Nd датирования проистекает из того факта, что эти два элемента являются редкоземельными элементами и, таким образом, теоретически не особенно подвержены разделению во время седиментации и диагенеза . ^{[ 1 ]} Фракционная кристаллизация кислых минералов изменяет соотношение Sm / Nd в получаемых материалах. Это, в свою очередь, влияет на скорость, с которой ¹⁴³Нд/ ¹⁴⁴Соотношение Nd увеличивается за счет образования радиогенных ¹⁴³Нд.

Во многих случаях изотопные данные Sm–Nd и Rb–Sr используются вместе.

Sm – Nd радиометрическое датирование

У самария семь встречающихся в природе изотопов, а у неодима — семь. Эти два элемента соединяются в отношениях родитель-дочерний за счет альфа-распада родительского элемента. ¹⁴⁷См радиогенной дочери ¹⁴³Nd с периодом полураспада 1,06 × 10. ¹¹ лет и альфа-распадом ¹⁴⁶Sm (почти исчезнувший радионуклид с периодом полураспада 1,03(5) × 10 ⁸ годы ^{[ а ]}) производить ¹⁴²Нд.

Чтобы определить дату образования породы (или группы пород), можно использовать метод изохронного датирования . ^{[ 6 ]} Изохрона Sm-Nd отображает соотношение радиогенных ¹⁴³Nd в нерадиогенный ¹⁴⁴Nd в зависимости от соотношения исходного изотопа ¹⁴⁷Sm к нерадиогенному изотопу ¹⁴⁴Нд. ¹⁴⁴Nd используется для нормализации радиогенного изотопа в изохроне, поскольку он является стабильным и относительно распространенным изотопом неодима.

Изохрона Sm-Nd определяется следующим уравнением:

\left({\frac {{}^{143}\mathrm {Nd} }{{}^{144}\mathrm {Nd} }}\right)_{\mathrm {present} }=\left({\frac {{}^{143}\mathrm {Nd} }{{}^{144}\mathrm {Nd} }}\right)_{\mathrm {initial} }+\left({\frac {{}^{147}\mathrm {Sm} }{{}^{144}\mathrm {Nd} }}\right)\cdot (e^{\lambda t}-1),

где:

t — возраст образца,

λ — константа распада ¹⁴⁷См,

( и ^λλt−1) — наклон изохроны, определяющий возраст системы.

В качестве альтернативы можно предположить, что материал образовался из мантийного материала, который следовал тому же пути эволюции этих соотношений, что и хондриты , и тогда снова можно рассчитать время образования (см. #Модель CHUR ). ^{[ 6 ]}^{[ 1 ]}

Геохимия Sm и Nd

Концентрация Sm и Nd в силикатных минералах увеличивается в зависимости от порядка их кристаллизации из магмы согласно серии реакций Боуэна . Самарий легче внедряется в основные минералы, поэтому основная порода, в которой кристаллизуются основные минералы, будет концентрировать неодим в фазе расплава по сравнению с самарием. Таким образом, по мере фракционной кристаллизации расплава от основного к более кислому составу изменяется содержание Sm и Nd, а также соотношение Sm и Nd.

Таким образом, ультраосновные породы имеют высокое содержание Sm и низкое значение Nd и, следовательно, высокое соотношение Sm/Nd. Породы кислого состава имеют низкую концентрацию Sm и высокое содержание Nd и, следовательно, низкое соотношение Sm/Nd (например, в коматиите содержится 1,14 частей на миллион (ppm) Nd и 3,59 частей на миллион Sm по сравнению с 4,65 частей на миллион Nd и 21,6 частей на миллион Sm в риолите ).

Важность этого процесса очевидна при моделировании возраста образования континентальной коры .

Модель ЧУР

Путем анализа изотопного состава неодима ДеПаоло и Вассербург (1976 г.) ^{[ 6 ]}) обнаружил, что земные магматические породы во время своего формирования из расплавов строго следовали линии « хондритического однородного резервуара » или «хондритового нефракционированного резервуара» (CHUR) – пути, по которому ¹⁴³Нд: ¹⁴⁴ увеличивалось со временем Соотношение Nd в хондритах . Считается, что хондритовые метеориты представляют собой самый ранний (несортированный) материал, образовавшийся в Солнечной системе до образования планет. Они имеют относительно однородные характеристики микроэлементов, и поэтому их изотопная эволюция может моделировать эволюцию всей Солнечной системы и «массовой Земли». После построения графика возраста и начального ¹⁴³Нд/ ¹⁴⁴Соотношения Nd в земных магматических породах на диаграмме эволюции Nd в зависимости от времени, ДеПаоло и Вассербург определили, что архейские породы имели начальные соотношения изотопов Nd, очень похожие на те, которые определяются линией эволюции CHUR.

Обозначение Эпсилон

С ¹⁴³Нд/ ¹⁴⁴Отклонения Nd от линии эволюции CHUR очень малы, ДеПаоло и Вассербург утверждали, что было бы полезно создать форму обозначений, описывающую ¹⁴³Нд/ ¹⁴⁴Nd с точки зрения их отклонений от линии эволюции CHUR. Это называется эпсилон-нотацией, согласно которой одна эпсилон-единица представляет собой одну часть на 10 000 отклонения от состава CHUR. ^{[ 7 ]} Алгебраически единицы эпсилон можно определить уравнением

\varepsilon _{{\text{Nd}}(t)}=\left[{\frac {\left({\frac {^{143}{\text{Nd}}}{^{144}{\text{Nd}}}}\right)_{{\text{sample}}(t)}}{\left({\frac {^{143}{\text{Nd}}}{^{144}{\text{Nd}}}}\right)_{{\text{CHUR}}(t)}}}-1\right]\times 10\,000.

Поскольку единицы эпсилон более мелкие и, следовательно, более ощутимые представления исходного соотношения изотопов Nd, используя их вместо начальных изотопных соотношений, легче понять и, следовательно, сравнить начальные соотношения в коре разного возраста. Кроме того, блоки эпсилон нормализуют исходные соотношения к CHUR, тем самым устраняя любые эффекты, вызванные различными применяемыми методами аналитической коррекции массового фракционирования. ^{[ 7 ]}

Возраст модели Nd

Поскольку CHUR определяет начальные соотношения континентальных пород во времени, был сделан вывод, что измерения ¹⁴³Нд/ ¹⁴⁴Нд и ¹⁴⁷См/ ¹⁴⁴Nd с использованием CHUR мог бы определить модельный возраст отделения от мантии расплава, образующего любую породу земной коры. Это было названо T _CHUR . ^{[ 1 ]} Чтобы T _CHUR рассчитать возраст , фракционирование между Nd/Sm должно было произойти во время извлечения магмы из мантии для образования континентальной породы. Это фракционирование затем привело бы к отклонению между линиями изотопной эволюции коры и мантии. Пересечение этих двух линий эволюции указывает на возраст образования коры. Возраст T _CHUR определяется следующим уравнением:

T_{\text{CHUR}}=\left({\frac {1}{\lambda }}\right)\ln \left[1+{\frac {\left({\frac {^{143}{\text{Nd}}}{^{144}{\text{Nd}}}}\right)_{\text{sample}}-\left({\frac {^{143}{\text{Nd}}}{^{144}{\text{Nd}}}}\right)_{\text{CHUR}}}{\left({\frac {^{147}{\text{Sm}}}{^{144}{\text{Nd}}}}\right)_{\text{sample}}-\left({\frac {^{147}{\text{Sm}}}{^{144}{\text{Nd}}}}\right)_{\text{CHUR}}}}\right].

Возраст породы по T _CHUR может дать возраст образования коры в целом, если образец не подвергся нарушениям после его образования. Поскольку Sm/Nd являются редкоземельными элементами (РЗЭ), их характеристики позволяют теитовым неподвижным соотношениям противостоять расслоению при метаморфизме и плавлении силикатных пород. Таким образом, это позволяет рассчитать возраст образования коры, несмотря на любой метаморфизм, которому подвергся образец.

Модель обедненной мантии

Несмотря на хорошее соответствие архейских плутонов линии изотопной эволюции CHUR Nd, ДеПаоло и Вассербург (1976) заметили, что большинство молодых океанических вулканитов (базальты Срединно-Океанского хребта и базальты Островной дуги) лежат на +7-+12 единиц выше CHUR. линия (см. рисунок). Это привело к осознанию того, что архейские континентальные магматические породы, нанесенные в пределах ошибки линии CHUR, вместо этого могут лежать на линии эволюции обедненной мантии, характеризующейся увеличением Sm/Nd и ¹⁴³Нд/ ¹⁴⁴Соотношения Nd с течением времени. Для дальнейшего анализа этого разрыва между архейскими данными CHUR и образцами молодых вулканов было проведено исследование протерозойского метаморфического фундамента передних хребтов Колорадо (формация Айдахо-Спрингс). ^{[ 8 ]} Начальный ¹⁴³Нд/ ¹⁴⁴Отношения Nd в проанализированных образцах нанесены на диаграмму зависимости ɛNd от времени, показанную на рисунке. ДеПаоло (1981) подобрал квадратичную кривую для Айдахо-Спрингс и усреднил ɛNd для данных современных океанических островных дуг, таким образом представляя эволюцию изотопов неодима в истощенном резервуаре. Состав истощенного резервуара относительно линии развития CHUR в момент времени T определяется уравнением

εNd( Т ) = 0,25 Тл ² – 3 Т + 8,5.

Возраст модели Sm-Nd, рассчитанный с использованием этой кривой, обозначен как возраст TDM. ДеПаоло (1981) утверждал, что эти возрасты модели TDM дадут более точный возраст образования коры, чем возраст модели TCHUR - например, аномально низкий возраст модели TCHUR, составляющий 0,8 Гр из композита Мак-Каллоха и Вассербурга в Гренвилле, был пересмотрен до возраста TDM 1,3 Гр, что типично для образования ювенильной коры во время Гренвильской складчатости .

См. также

Радиометрическое датирование

Примечания

^ Значение 6,8 (7) × 10. ⁷ лет также использовался в период с 2012 по 2023 год. ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}^{[ 5 ]}

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с Маккалок, Монтана; Вассербург, Дж.Дж. (1978). «Sm-Nd и Rb-Sr хронология формирования континентальной коры» . Наука . 200 (4345): 1003–11. Бибкод : 1978Sci...200.1003M . дои : 10.1126/science.200.4345.1003 . ПМИД 17740673 . S2CID 40675318 .
^ Киношита, Н.; Пол, М.; Кашив Ю.; Коллон, П.; Дейбель, CM; ДиДжовин, Б.; Грин, JP; Хендерсон, диджей; Цзян, CL; Марли, Северная Каролина; Наканиши, Т.; Пардо, RC; Рем, Кентукки; Робертсон, Д.; Скотт, Р.; Шмитт, К.; Тан, XD; Вондрасек, Р.; Ёкояма, А. (30 марта 2012 г.). «Измеренный более короткий период полураспада 146Sm и последствия для хронологии 146Sm-142Nd в Солнечной системе». Наука . 335 (6076): 1614–1617. arXiv : 1109.4805 . Бибкод : 2012Sci...335.1614K . дои : 10.1126/science.1215510 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 22461609 . S2CID 206538240 . (Отозвано, см. дои : 10.1126/science.adh7739 , PMID 36996231 , Часы втягивания . Если это намеренная ссылка на отозванную статью, замените {{retracted|...}} с {{retracted|...|intentional=yes}}. )
^ Вилла, ИМ; Холден, штат Небраска; Поссоло, А.; Икерт, РБ; Хибберт, Д.Б.; Ренне, PR (сентябрь 2020 г.). «Рекомендации IUPAC-IUGS по периодам полураспада 147Sm и 146Sm». Geochimica et Cosmochimica Acta . 285 : 70–77. дои : 10.1016/j.gca.2020.06.022 . ISSN 0016-7037 . ОСТИ 1644013 .
^ Киношита, Н.; Пол, М.; Кашив Ю.; Коллон, П.; Дейбель, CM; ДиДжовин, Б.; Грин, JP; Цзян, CL; Марли, Северная Каролина; Пардо, RC; Рем, Кентукки; Робертсон, Д.; Скотт, Р.; Шмитт, К.; Тан, XD; Вондрасек, Р.; Ёкояма, А. (30 марта 2023 г.). «Отказ» . Наука . 379 (6639): 1307. doi : 10.1126/science.adh7739 . ПМИД 36996231 .
^ Джоэлвинг, Фредерик (30 марта 2023 г.). «Одна маленькая ошибка для физика, одна гигантская ошибка для планетологии» . Часы втягивания . Проверено 30 марта 2023 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Депаоло, диджей; Вассербург, Дж.Дж. (1976). «Изотопные вариации Nd и петрогенетические модели» (PDF) . Письма о геофизических исследованиях . 3 (5): 249. Бибкод : 1976GeoRL...3..249D . дои : 10.1029/GL003i005p00249 .
^ Jump up to: ^а ^б Дикин, А.П., 2005. Геология радиогенных изотопов , 2-е изд. Кембридж: Издательство Кембриджского университета. ISBN 0-521-82316-1 стр. 76–77.
^ ДеПаоло, ди-джей (1981). Изотопы неодима в Переднем хребте Колорадо и эволюция коры и мантии в протерозое. Природа 291, 193–197.

Внешние ссылки

Портал данных геохронологии и изотопов

[6] Значение 6,8 (7) × 10. ⁷ лет также использовался в период с 2012 по 2023 год. ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}^{[ 5 ]}

[McCulloch-1] Jump up to: ^а ^б ^с Маккалок, Монтана; Вассербург, Дж.Дж. (1978). «Sm-Nd и Rb-Sr хронология формирования континентальной коры» . Наука . 200 (4345): 1003–11. Бибкод : 1978Sci...200.1003M . дои : 10.1126/science.200.4345.1003 . ПМИД 17740673 . S2CID 40675318 .

[retracted-2] Киношита, Н.; Пол, М.; Кашив Ю.; Коллон, П.; Дейбель, CM; ДиДжовин, Б.; Грин, JP; Хендерсон, диджей; Цзян, CL; Марли, Северная Каролина; Наканиши, Т.; Пардо, RC; Рем, Кентукки; Робертсон, Д.; Скотт, Р.; Шмитт, К.; Тан, XD; Вондрасек, Р.; Ёкояма, А. (30 марта 2012 г.). «Измеренный более короткий период полураспада 146Sm и последствия для хронологии 146Sm-142Nd в Солнечной системе». Наука . 335 (6076): 1614–1617. arXiv : 1109.4805 . Бибкод : 2012Sci...335.1614K . дои : 10.1126/science.1215510 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 22461609 . S2CID 206538240 . (Отозвано, см. дои : 10.1126/science.adh7739 , PMID 36996231 , Часы втягивания . Если это намеренная ссылка на отозванную статью, замените {{retracted|...}} с {{retracted|...|intentional=yes}}. )

[146Sm-IUPAC-IUGS-2020-3] Вилла, ИМ; Холден, штат Небраска; Поссоло, А.; Икерт, РБ; Хибберт, Д.Б.; Ренне, PR (сентябрь 2020 г.). «Рекомендации IUPAC-IUGS по периодам полураспада 147Sm и 146Sm». Geochimica et Cosmochimica Acta . 285 : 70–77. дои : 10.1016/j.gca.2020.06.022 . ISSN 0016-7037 . ОСТИ 1644013 .

[4] Киношита, Н.; Пол, М.; Кашив Ю.; Коллон, П.; Дейбель, CM; ДиДжовин, Б.; Грин, JP; Цзян, CL; Марли, Северная Каролина; Пардо, RC; Рем, Кентукки; Робертсон, Д.; Скотт, Р.; Шмитт, К.; Тан, XD; Вондрасек, Р.; Ёкояма, А. (30 марта 2023 г.). «Отказ» . Наука . 379 (6639): 1307. doi : 10.1126/science.adh7739 . ПМИД 36996231 .

[5] Джоэлвинг, Фредерик (30 марта 2023 г.). «Одна маленькая ошибка для физика, одна гигантская ошибка для планетологии» . Часы втягивания . Проверено 30 марта 2023 г.

[DePaolo-7] Jump up to: ^а ^б ^с Депаоло, диджей; Вассербург, Дж.Дж. (1976). «Изотопные вариации Nd и петрогенетические модели» (PDF) . Письма о геофизических исследованиях . 3 (5): 249. Бибкод : 1976GeoRL...3..249D . дои : 10.1029/GL003i005p00249 .

[Dickin-8] Jump up to: ^а ^б Дикин, А.П., 2005. Геология радиогенных изотопов , 2-е изд. Кембридж: Издательство Кембриджского университета. ISBN 0-521-82316-1 стр. 76–77.

[9] ДеПаоло, ди-джей (1981). Изотопы неодима в Переднем хребте Колорадо и эволюция коры и мантии в протерозое. Природа 291, 193–197.

[ 1 ]

[ а ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]