Sm-Nd изотопная система

Lugmair G.W. Sm-Nd ages: a new dating method (abs). // Meteoritics. 1974. V.9. P. 369.

Изотопный состав Sm и Nd

Jacobsen S.B., Wasserburg G.J., Sm-Nd isotopic evolution of chondrites. // Earth and Planetary Science Letters, 1980. 50: 139-155.
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: 43-45.

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): 213-231.

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. 1996. V.133. P.225-240.

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, 1983. 30: 149-153.

Frost C.D.,
Frost B.R.
Open-System dehydration of amphibolite, Morton Pass, Wyoming - elemental and Nd and Sr isotopic effects. // Journal of Geology. 1995. 103(3): 269-284.

Vance D., O'Nions R.K.
Isotopic Chronometry of Zoned Garnets - Growth-Kinetics and Metamorphic Histories. // Earth and Planetary Science Letters. 1990. 97(3-4): 227-240.

Задача 11. Построить графики нормированных РЗЭ, рассчитать Eu/Eu* и (La/Lu)n

DePaolo D.J., Wasserburg G.J., Nd isotopic variations and petrogenetic models. // Geophysical Research Letters, 1976. 3(5): 249-252.

DePaolo, Wasserburg, 1976

Обогащённое вещество
Обогащённое вещество
Обеднённое вещество
Обеднённое вещество

DePaolo D.J., Wasserburg G.J. Inferences about magma sources and mantle structure from variations of 143Nd/144Nd. // Geophysical Research Letters, 1976. 3(12): 743-746.
CHUR = Chondritic Uniform Reservoir
UR = Uniform Reservoir
BSE = Bulk Silicate Earth
CHUR
0.7045
UR: 87Sr/86Sr=0.7045
BABI: 87Sr/86Sr=0.69897
Rb/Sr=0.0286

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

Модельный возраст
в Sm-Nd системе
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. 1989. 93: 14-22.

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.
1999. 63(17): 2579-2598.
TDM

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.
1999. 63(17): 2579-2598.
TDM2

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

Задача 13. Вычислить TDM и TDM2
DM:
εNd(0)=+9
εNd(4.56)=0
Cont.Crust:
[Sm]=3.5 ppm
[Nd]=16.0 ppm
Остальные варианты в файле Ex13.xlsx на сайте wiki.web.ru

Проблема баланса кора-мантия

EM-I
EM-II

20 км
660 км
2898 км
5145 км
Верхняя мантия (27%)
Нижняя мантия (73%)
Внешнее ядро
Внутреннее
ядро
Континентальная кора
─────────────── = 0.57 %
Мантия + кора
Континентальная кора
─────────────── = 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. 1989. 93: 14-22.

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
Прямые выплавки толеитов из CHUR должны иметь:
εNd ≈ 0
Sm/Nd ≈ 0.325

Альтернатива:
Мантия Земли в целом имеет отличное от хондритов Sm/Nd отношение
или
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.
2001. V.127. P. 1-7.
Поток вещества в нижнюю мантию фиксируется сейсмотомографией.
Значит есть и обратный поток – из нижней мантии к поверхности Земли

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
Какое?

BSE
(Sm/Nd=0.350)
DM

Задача 14
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 состава
средний возраст коры – по вариантам (файл Ex14.xlsx)
Рассмотреть два случая:
1) источник коры – вся мантия
2) источник коры – верхняя мантия
Сформулировать выводы …

Обогащённое вещество
Обогащённое вещество
Обеднённое вещество
Обеднённое вещество

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

Состав примитивной мантии
Sm/Nd = 0.350 и 143Nd/144Nd = 0.51310 εNd = 9 ☟
Rb/Sr = 0.020 ☜ 87Sr/86Sr = 0.7028 εSr = –24
(87Sr/86Sr)BABI = 0.699

(BSE)

M.Boyet, R.W.Carlson. 142Nd evidence for early (>4.53 Ga) global differentiation of the silicate Earth. Science. 2005. Vol.309. P.576-581.

Различия в Sm/Nd отношениях Земли и хондритов возникли изначально. Корообразование к этому феномену отношения не имеет
Обе пары:
и 146Sm–142Nd
и 147Sm–143Nd приводят к исключительно согласованным выводам

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

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

EM-I
EM-II

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