Самариево-неодимовое датирование - Samarium–neodymium dating

Самариево-неодимовое датирование это радиометрическое датирование метод, полезный для определения возраста горные породы и метеориты, на основе радиоактивный распад долгоживущего самарий изотоп (¹⁴⁷Sm) к радиогенный неодим изотоп (¹⁴³Nd). Отношения изотопов неодима вместе с отношениями самария и неодима используются для получения информации о возрасте и источнике огненный тает. Иногда предполагается, что в момент, когда корковый материал формируется из мантия Соотношение изотопов неодима зависит только от времени, когда это событие произошло, но после этого оно развивается таким образом, что зависит от нового отношения самария к неодиму в материале земной коры, которое будет отличаться от этого отношения в материале мантии. Самариево-неодимовое датирование позволяет определить время образования корового материала.

Полезность Sm – Nd датирования заключается в том, что эти два элемента являются редкоземельные элементы и поэтому теоретически не особенно подвержены разделению во время осаждение и диагенез.^[1] Фракционная кристаллизация из фельзический минералы изменяют соотношение Sm / Nd в полученных материалах. Это, в свою очередь, влияет на скорость, с которой ¹⁴³Nd /¹⁴⁴Отношение Nd увеличивается за счет производства радиогенных ¹⁴³Nd.

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

Sm – Nd радиометрическое датирование

Самарий имеет пять изотопов природного происхождения, а неодим - семь. Эти два элемента соединены в отношениях между родителями и дочерью альфа-распад родителей ¹⁴⁷См радиогенной дочери ¹⁴³Nd с период полураспада из 1.06×10¹¹ лет и альфа-распадом ¹⁴⁶Sm (почти потухший нуклид с периодом полураспада 1,08×10⁸ лет) производить ¹⁴²Nd. (Несколько из ¹⁴⁶Сам Sm, возможно, изначально образовался в результате альфа-распада из ¹⁵⁰Б-г с периодом полураспада 1,79×10⁶ годы.)

Чтобы найти дату образования скалы (или группы скал), можно использовать метод изохронная датировка.^[2] Изохрона Sm-Nd отображает отношение радиогенных ¹⁴³Nd на нерадиогенные ¹⁴⁴Nd в зависимости от отношения родительского изотопа ¹⁴⁷Sm к нерадиогенному изотопу ¹⁴⁴Nd. ¹⁴⁴Nd используется для нормализации радиогенного изотопа в изохроне, потому что это стабильный и относительно распространенный изотоп неодима.

Изохрона Sm-Nd определяется следующим уравнением:

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

куда:

т возраст образца,

λ - постоянная затухания ¹⁴⁷См,

(е^λт-1) - наклон изохроны, определяющий возраст системы.

В качестве альтернативы можно предположить, что материал образовался из мантийного материала, который шел по тому же пути эволюции этих соотношений, что и хондриты, а затем снова можно рассчитать время образования (см. # Модель ЧУРа ).^[2][1]

Sm и Nd геохимия

Концентрация Sm и Nd в силикат минералы увеличиваются с порядком, в котором они кристаллизуются из магмы в соответствии с Серия реакций Боуэна. Самарий легче помещается в мафический минералы, поэтому основная порода, кристаллизующая основные минералы, будет концентрировать неодим в фазе расплава по сравнению с самарием. Таким образом, по мере того, как расплав подвергается фракционной кристаллизации от основного до более кислого состава, содержание Sm и Nd изменяется, как и соотношение между Sm и Nd.

Таким образом, ультраосновные породы имеют высокий Sm и низкий Nd и, следовательно, высоко Отношения Sm / Nd. Felsic породы имеют низкие концентрации Sm и высокие Nd и, следовательно, низкий Соотношение Sm / Nd (например, коматиите содержит 1,14 частей на миллион (ppm) Sm и 3,59 частей на миллион Nd против 4,65 частей на миллион Sm и 21,6 частей на миллион Nd в риолит ).

Важность этого процесса очевидна при моделировании возраста Континентальный разлом формирование.

Модель ЧУР

Путем анализа изотопного состава неодима, ДеПаоло и Вассербург (1976^[2]) обнаружил, что земные магматические породы во время их образования из расплавов внимательно следили за "хондритовый однородный резервуар линия «хондритовый унифракционированный резервуар» (ЧУР) - путь ¹⁴³Nd:¹⁴⁴Отношение Nd увеличивалось со временем в хондриты. Считается, что хондритовые метеориты представляют собой самый ранний (несортированный) материал, который образовался в Солнечной системе до образования планет. Они имеют относительно однородные сигнатуры микроэлементов, и поэтому их изотопная эволюция может моделировать эволюцию всей Солнечной системы и «массивной Земли». После нанесения возрастов и начальных ¹⁴³Nd /¹⁴⁴ДеПаоло и Вассербург определили, что отношения Nd земных магматических пород на диаграмме эволюции Nd в зависимости от времени, что архейские породы имеют начальные отношения изотопов Nd, очень похожие на те, что определены линией эволюции CHUR.

Обозначение Эпсилон

С ¹⁴³Nd /¹⁴⁴Отклонения от линии эволюции CHUR очень малы, ДеПаоло и Вассербург утверждали, что было бы полезно создать форму записи, которая описывает ¹⁴³Nd /¹⁴⁴Nd по их отклонениям от линии эволюции ЧУРа. Это называется эпсилон-нотацией, при которой одна эпсилон-единица представляет собой одну часть на 10 000 отклонений от композиции CHUR.^[3] Алгебраически единицы эпсилон могут быть определены уравнением

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

Поскольку единицы эпсилон более мелкие и, следовательно, более ощутимое представление начального отношения изотопов Nd, используя их вместо начальных соотношений изотопов, легче понять и, следовательно, сравнить начальные отношения коры с разным возрастом. Кроме того, эпсилон-единицы нормализуют начальные отношения к CHUR, тем самым устраняя любые эффекты, вызванные различными применяемыми методами аналитической коррекции массового фракционирования.^[3]

Возраст модели Nd

Поскольку CHUR определяет начальные соотношения континентальных горных пород во времени, был сделан вывод, что измерения ¹⁴³Nd /¹⁴⁴Nd и ¹⁴⁷Sm /¹⁴⁴Nd, с использованием CHUR, может произвести модельные возрасты для отделения от мантии расплава, который сформировал любую породу земной коры. Это было названо Т_ЧУР.^[1]Для того, чтобы Т_ЧУР Для расчета возраста фракционирование между Nd / Sm должно было произойти во время извлечения магмы из мантии для образования континентальной породы. Это фракционирование могло бы затем вызвать отклонение между линиями изотопной эволюции коры и мантии. Пересечение этих двух линий эволюции указывает возраст образования коры. В Т_ЧУР возраст определяется следующим уравнением:

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

В Т_ЧУР Возраст горной породы может дать возраст образования коры в целом, если образец не претерпел нарушений после его образования. Поскольку Sm / Nd являются редкоземельными элементами (РЗЭ), их характеристики позволяют иммобильным отношениям противостоять разделению во время метаморфизма и плавления силикатных пород. Таким образом, это позволяет рассчитать возраст образования коры, несмотря на любой метаморфизм, которому подвергся образец.

Модель обедненной мантии

График, показывающий модель деплетированной мантии ДеПаоло (1981)

Несмотря на хорошее соответствие архейских плутонов линии эволюции изотопа Nd CHUR, ДеПаоло и Вассербург (1976) заметили, что большинство молодых океанических вулканитов (базальты Срединного хребта и базальты островной дуги) лежат на +7 - +12 to единиц выше CHUR. линия (см. рисунок). Это привело к осознанию того, что архейские континентальные магматические породы, построенные в пределах ошибки линии CHUR, могут вместо этого лежать на линии эволюции деплетированной мантии, характеризующейся увеличением Sm / Nd и ¹⁴³Nd /¹⁴⁴Соотношение Nd с течением времени. Для дальнейшего анализа этого разрыва между архейскими данными CHUR и молодыми вулканическими образцами было проведено исследование протерозойского метаморфического фундамента Колорадского фронта (формация Айдахо-Спрингс).^[4] Начальный ¹⁴³Nd /¹⁴⁴Отношения Nd проанализированных образцов нанесены на график зависимости ɛNd от времени, показанный на рисунке. ДеПаоло (1981) построил квадратичную кривую для Айдахо-Спрингс и усреднил ɛNd для современных данных океанической островной дуги, таким образом представляя эволюцию изотопа неодима в истощенном резервуаре. Состав истощенного коллектора относительно линии эволюции ЧУР в момент времени Т, задается уравнением

ɛNd (Т) = 0.25 Т² – 3 Т + 8.5.

Sm-Nd модельные возрасты, рассчитанные по этой кривой, обозначены как возрасты TDM. ДеПаоло (1981) утверждал, что эти возрасты модели TDM дадут более точный возраст формирования земной коры, чем возраст модели TCHUR - например, аномально низкий модельный возраст TCHUR, равный 0,8.Гр Композитный материал Гренвилля Маккаллоха и Вассербурга был пересмотрен до TDM возраста 1,3 Гр, типичного для образования ювенильной корки во время орогенеза Гренвилля.

Рекомендации