U-Pb *****

МГУ им. М. В. Ломоносова
Геологический факультет
U-Th-Pb система
Юрий Александрович Костицын
yuri.kostitsyn@gmail.com
Задачи (*.xlsx) и лекции (*.pptx) – на сайте
http://wiki.web.ru/wiki/Геологический_Факультет_МГУ:
Геохимия_Изотопов_и_Геохронология
Схемы распада
4

Th208
Pb

6


4

 40Mev
82
2
232
90

l232= 0.49475×10–10 год–1, T1/2 = 14 млрд.лет
4

U 206
Pb

8


6

 47Mev
82
2
238
92

l238=1.55125×10–10 год–1,T1/2=4.47 млрд.лет
4

U 207
 45Mev
82 Pb 72   4 
235
92


l235=9.8485×10–10 год–1,T1/2=0.70 млрд.лет
238U/235U
= 137.88
Вычисление U-Pb возраста
207
206
Pbrad 235U  [exp(l235t )  1]
Pbrad 
238
 207Pb 
 206  
 Pb  rad
U  [exp(l238t )  1]
235
U
238
U
 206Pb   206Pb 
 204    204  
 Pb   Pb 

 
0
207
Pb
206
Pb
Pb   207Pb
204
Pb   206Pb
204
 206Pbrad


t 
ln 238
 1
l238 
U

1
 exp(l235t )  1


exp(
l
t
)

1
238


 207Pb   207Pb 
 204    204  
 Pb   Pb 

 
0


 207Pbrad

t 
ln 235
 1
l235 
U

1
235
U
 [exp(l235t )  1]
204
Pb
238
U
 [exp(l238t )  1]
204
Pb
Pb 0

204
Pb 0
204
235
U
238
U
 exp(l235t )  1


exp(
l
t
)

1
238


90
207
80
206
70
Pbrad 235U  [exp(l235t )  1]
Pbrad 
207
Pb
235
U
238
U  [exp(l238t )  1]
D/N
60
50
40
30
20
206
Pb
238
U
10
0
0
1
2
Возраст, млрд.лет
3
4
1000
238
U
235
U
100
207
Pb
235
U
10
207
206
Pb
206
Pb
1
Pb
238
U
0.1
0.01
0
1
2
Возраст, млрд.лет
3
4
0.6
Ahrens-Wetherill diagram
0.5
2.5
2.0
0.3
206
Pb/238U
0.4
0.2
1.0
0.1
0.5
0.0
0
2
4
6
8
207
Pb/235U
10
12
14
0.6
0.5
2.5
2.0
0.3
206
Pb/238U
0.4
0.2
1.0
0.1
0.5
0.0
0
2
4
6
8
207
Pb/235U
10
12
14
0.6
0.5
2.5
0.4
0.3
1.5
206
Pb/238U
2.0
0.2
0.1
1.0
0.5
0.0
0
2
4
6
8
207
Pb/235U
10
12
14
0.6
0.5
2.5
0.4
0.3
1.5
206
Pb/238U
2.0
0.2
0.1
1.0
0.5
0.0
0
2
4
6
8
207
Pb/235U
10
12
14
0.6
T206 238  T207 235  T207 206
0.5
2.5
0.4
0.3
1.5
206
Pb/238U
2.0
0.2
0.1
1.0
0.5
0.0
0
2
4
6
8
207
Pb/235U
10
12
14
1
207Pb/206Pb
0.9
Tera-Wasserburg diagram
0.8
0.7
0.6
4.5
0.5
4.0
0.4
0.3
3.5
3.0
0.2
2.5
2.0
0.1
1.5
1.0
0.5
238U/206Pb
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Задача 15. Построить U-Pb дискордию
(в координатах Аренса-Везерилла и Тера-Вассербурга)
для T1 и T2:
Вариант:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
T1
3.29
2.74
3.40
2.76
2.62
2.92
2.51
3.45
3.20
3.28
2.77
3.32
3.46
2.85
3.18
2.67
T2
2.12
0.88
1.95
1.10
0.73
1.56
1.04
1.53
1.06
1.76
1.50
1.37
1.29
1.67
1.42
1.01
Вариант:
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
T1
3.44
3.02
2.98
3.49
3.24
3.38
3.02
2.89
2.97
3.31
2.82
2.78
3.20
2.82
2.62
2.84
T2
1.72
1.65
1.51
1.63
2.09
1.54
1.90
1.10
1.59
1.12
0.95
1.89
1.11
0.96
0.71
1.25
Е.В.Бибикова, 2003
Е.В.Бибикова, 2003
Катодолюминесцентные снимки цирконов
Cherniak D.J., Watson E.B. Pb
diffusion in zircon. Chemical
Geology. 2000. V. 172. P. 5–24.
Диффузия свинца из циркона
Бибикова, Е. В., С. Н. Шилобреева, et al. (1995). Геохимия (8): 1100-1109.
L.D.Ashwal et al. 1999. GCA. V.63. P.2839-2851
Chen et al., 2011, GCA,
V. 75. P. 4877-4898.
Representative zircon CL images for eclogite and granitic gneisses from Qinglongshan
in the Sulu orogen. Red and yellow circles denote the SIMS spots with both O and U–
Pb isotope data and with only O isotope data, respectively. Numbers in yellow and red
denote the d18O value (in ‰) and the 206Pb/238U age (in Ma), respectively. The scale
bar is 100 mm. Note that zircons from gneiss 99QL07 and 00QL27 have not only relict
cores with middle Neoproterozoic U–Pb ages and positive d18O values but also
mantle/rim domains with Triassic U–Pb ages and negative d18O values. In contrast,
zircon grains from gneiss 99QL16 have not only patchy-zoned cores of pre-Triassic U–
Pb ages and variably negative d18O values but also homogeneous rims of Triassic U–Pb
ages and negative d18O values.
Chen et al., 2011, GCA,
V. 75. P. 4877-4898.
Th/U ratios and d18O values
vs. SIMS U–Pb ages for
zircons from eclogite and
granitic gneisses at
Qinglongshan in the Sulu
orogen. Domains with
concordant Triassic U–Pb ages
are indicated as filled circles,
and other domains are
denoted as filled triangles.
I.S.Williams, 1992
I.S.Williams, 1992
P.D.Kinny, W.Compston, I.S.Williams, 1991
I.S.Williams, 1992
I.S.Williams, 1992
Гранитоиды Сангилена
Петрова, Костицын, 2000
Е.В.Бибикова, 2003
Pobujhe
0.8
3600
186, enderbite
0.7
206
Pb/
238
U
3200
0.6
2800
0.5
2400
0.4
2000
0.3
0
10
20
207
Pb/235U
30
40
Древнейшие цирконы.
Конгломераты Jack Hills &
Narryer, Yilgarn Craton,
W.Australia
Trail et al., GCA, 2007, Vol.71, p.4044-4065
Yuri V.Amelin. Chemical Geology 1998. V. 146. P. 25–38
Классический
анализ отдельных
зёрен и их
фрагментов.
12 целых зёрен и
45 фрагментов
ещё 14 зёрен.
Далеко не полный список:
Froude D.O., Ireland T.R., Kinny P.D.,
Compston W., Williams I.S., Myers J.S. Ion
microprobe identification of 4,100-4,200 Myrold terrestrial zircons. // Nature. 1983. 304:
616-618.
Compston W., Pidgeon R.T. Jack Hills,
Evidence of More Very Old Detrital Zircons in
Western-Australia. // Nature. 1986.
321(6072): 766-769.
Wilde S. A., Valley J. W., Peck W. H., and
Graham C. M. Evidence from detrital zircons
for the existence of continental crust and
oceans on the Earth 4.4 Gyr ago. // Nature
2001. 409, 175–178.
Peck W.H., Valley J.W., Wilde S.A., Grahams
C.M. Oxygen isotope ratios and rare earth
elements in 3.3 to 4.4 Ga zircons: Ion
microprobe evidence for high d18O
continental crust and oceans in the Early
Archean. // Geochimica et Cosmochimica
Acta. 2001. V. 65. P. 4215-4229.
50 mm
Inset: histogram of age differences
between SIMS and ICP-MS ages
normalized to ICP-MS errors: although
most ages are consistent between the
two methods, SIMS ages scatter well
beyond ICP-MS errors, especially
towards older ages.
Histogram of bulk 207Pb*/206Pb* ages for Jack Hills zircons. The box at the top of each bin
represents the 2-sigma (95%) confidence interval. Bins represent mean computed frequencies
multiplied by the number of samples.
The horizontal stippled line (n=1) is the false-alarm level: the probability that bins with values
below this threshold are empty is >95%. The histogram is skewed and a few outliers with very
young ages are observed. The maximum (mode) at 4.10±0.03 Ga therefore gives a better
description of the population than the mean. No age significantly older than 4.25 Ga is observed
(<1 sample at the 95% confidence level).
All the zircons were free of fractures, inclusions, and rims according to CLM.
М 1:100 000
М 1:100 000
М 1:100 000
Изотопная геохимия свинца
Содержание Th, U, Pb и изотопный состав свинца
в различных породах Земли и хондритах
n
CI
3
Th
U
0.0294 0.0081
Pb
U/Pb
m
2.47
0.0033
0.13
Th/U
3.63
CD
MORB
206Pb
207Pb
208Pb
9.44
10.38
29.60
204Pb
204Pb
204Pb
9.307 10.294 29.476
133
0.297
0.105
0.438
0.175
11.1
2.78
18.40
15.49
37.97
5
0.095
0.023
0.37
0.149
12.4
1.90
18.49
15.56
38.43
69
4.94
1.304
2.59
0.501
33.8
3.75
20.85
15.74
40.15
CFB
188
2.16
0.596
2.47
0.212
14.4
3.67
18.24
15.51
38.18
Ocean AB
201
4.98
1.14
3.25
0.366
23.5
3.74
19.37
15.84
39.14
OIB
319
2.18
0.599
2.20
0.349
22.7
3.40
19.20
15.71
38.91
IAB
140
2.99
0.895
5.99
0.126
10.5
2.91
18.73
15.60
38.60
18
8.85
2.08
8.59
0.398
26.3
3.98
19.14
15.60
38.92
113
13.2
3.07
15.9
0.103
3.63
4.87
22.08
15.87
40.40
Kimberlites
28
16.1
3.49
9.87
0.325
14.6
4.51
17.78
15.52
37.78
Sediments
59
4.22
3.19
42.4
0.061
5.57
1.26
18.81
15.64
38.83
River & Dust
45
2.92
4.21
88.0
0.050
7.24
0.63
18.85
15.66
38.98
I-granites
34
21.2
7.39
31.8
0.268
16.4
3.07
18.78
15.67
38.98
S-granites
6
7.29
8.64
21.4
0.425
5.2
0.76
18.24
15.66
38.37
Lherzolites
HIMU
Cont AB
Carbonatites
100
Chondrites
Lherzolites
IAB
OIB
CFB
Cont. AB
HIMU
MORB
Sediments
Granites
10
U, ppm
1
0.1
=3
b
4
20 P
/
38 U
0
2
0.01
m=
8
m=
m
3
1
.
=0
0.001
0.01
0.1
1
10
Pb, ppm
100
1000
17
207Pb/204Pb
m=12
16
0
1
m=8
2
15
3
14
13
m=4
4
12
11
206Pb/204Pb
4.568
10
9
11
13
15
17
19
18
207
Pb
204
Pb
17
16
1
2
15
3
14
m=8
13
4
12
11
206
Pb/204Pb
4.56
10
9
11
13
15
17
19
21
23
25
18
207
Pb
204
Pb
17
m=22
16
1
2
15
m=4
3
14
m=8
13
4
12
11
206
Pb/204Pb
4.56
10
9
11
13
15
17
19
21
23
25
Возраст Земли
10.294
9.307
Allegre et al. GCA. 1995.
Patterson C.C. Age of meteorites and the Earth.
Geochimica et Cosmochimica Acta. 1956. V.10. P.230-237.


207
Pb
206
Pb
204
 
 
Pb 
204
Pb 
207
Pb
206
Pb
204


Pb 0

204
Pb 0
235
U
238
U
 exp(l235t )  1  207Pb 

  206 

 exp(l238t )  1  Pb  rad
Allegre et al. GCA. 1995.
Определение U/Pb отношения в породах и их источнике
по изотопному составу свинца
1. Рудные свинцы (U/Pb=0)
 206Pb   206Pb 
 204    204  
 Pb   Pb 

 
CD
 207Pb   207Pb 
 204    204  
 Pb   Pb 

 
CD


207
Pb
206
Pb
204
 
 
Pb 
204
Pb 
207
Pb
206
Pb
238
U
 [exp(l238TE )  exp(l238t )]
204
Pb
235
U
 [exp(l235TE )  exp(l235t )]
204
Pb
204


Pb CD

204
Pb CD
235
U exp(l235TE )  exp(l235t )

238
U exp(l238TE )  exp(l238t )
 206Pb   206Pb 
 204    204 
238
U
 Pb   Pb CD

204
Pb [exp(l238TE )  exp(l238t )]
 238U 
[204 Pb] AWU
U 


   204   238
 Pb W  Pb  AT [ U] AWPb
16
207
Pb
204
Pb
0
1
m=8
2
15
3
14
X=12.461
Y=14.077
13
m=4
4
12
11
10.294
10
9
206
Pb/204Pb
4.56
9.307
10
11
12
13
14
15
16
17
18
16
207
Pb
204
Pb
2. U/Pb >0
0
1
m=8
2
15
3
14
X=12.461
Y=14.077
13
m=4
4
Как лежат точки, отвечающие
дифференцированным породам,
которые 2.0 млрд. лет назад
отделились от источника с μ=8?
12
11
10.294
10
9
206
Pb/204Pb
4.56
9.307
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Puchtel I.S., Brugmann
G.E., et al.
Precise Re-Os Mineral
Isochron and Pb-Nd-Os
Isotope Systematics of a
Mafic-Ultramafic Sill in the
2.0 Ga Onega Plateau
(Baltic Shield). // Earth and
Planetary Science Letters.
1999. 170(4): 447-461.
Puchtel I.S., Brugmann G.E., et al. Precise Re-Os Mineral Isochron and Pb-Nd-Os
Isotope Systematics of a Mafic-Ultramafic Sill in the 2.0 Ga Onega Plateau (Baltic
Shield). // Earth and Planetary Science Letters. 1999. 170(4): 447-461.
17
Y  a  bX
207
Pb
204
Pb
b  0.1219
16
15


14
207
Pb
206
Pb
13
204
 207Pb 
  206 
b
 Pb  rad
12
 
 
Pb 1 
204
Pb 1 
207
Pb
206
Pb


204
Pb 2

204
Pb 2
235
U exp(l235t )  1

238
U exp(l238t )  1
t  1.985 млрд. лет
11
206
Pb/204Pb
10.294
10
9
9.307
11
13
15
17
19
21
23
17
Y  a1  b1 X

Y  a2  b2 X
207
Pb
204
Pb
b2  0.1219
a2  13.270
b1  0.8917
a1  1.995
16
2
U exp(l235t )  1
b2  238 
U exp(l238t )  1
235
15
U exp(l235TE )  exp(l235t )
b1  238 
U exp(l238TE )  exp(l238t )
1
14
235
-1
.9
8
5
3
4.
5
T=
12
a2  a1
X2 
b1  b2
11
a2  a1
Y2  a1  b1 
b1  b2
10.294
10
9
9.307
U exp(l235TE )  1
b3  238 
U exp(l238TE )  1
235
6
13
11
13
15
17
206
Pb/204Pb
19
21
23
17
X  17.529

Y  15.407
X2  14.647

 Y2  15.056
207
Pb
204
Pb
16
0
1
15
1.985
m=7.993
3
5
14
-1
.9
8
 206Pb 
17.529   204 
 Pb CD
m1 
exp(l238TE )  1
4.
5
6
13
T=
4
 206Pb 
14.647   204 
 Pb CD
m1 
exp(l238TE )  exp(l238t )
12
m1  7.993
11
10.294
10
9
206
Pb/204Pb
4.56
9.307
11
13
15
17
19
21
23
17
X2  14.647

 Y2  15.056
207
Pb
204
Pb
m 2=7.0 ÷21.3
16
15
 206Pb 
 204   X 2
Pb  i

i
m2 
exp(l238t )  1
m 1=7.993
-1
.9
8
5
14
T=
4.
5
6
13
12
11
206
Pb/204Pb
10.294
10
9
9.307
11
13
15
17
19
21
23
Задача 16. Вычислить модельный возраст и m для источника
рудного свинца, построить линию эволюции изотопного состава
свинца в источнике
(данные – на сайте wiki.web.ru, файл Ex16.xls)
Вариант
206Pb/204Pb
207Pb/204Pb
Вариант
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
12.7263
13.3929
14.0942
13.8988
13.9349
12.6690
12.6275
12.9184
13.1164
14.2501
12.7195
13.8980
13.9161
13.4719
13.6562
13.4410
13.7278
13.6107
13.8440
13.2119
14.0411
14.6128
14.5778
14.8245
14.8138
14.1631
14.1379
14.1428
14.2027
14.8011
14.1982
14.4900
14.5367
14.6486
14.5851
14.4801
14.4838
14.5954
14.5006
14.4671
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
206Pb/204Pb 207Pb/204Pb
12.8547
12.5551
13.4809
12.8860
13.1988
13.0368
13.5604
13.3696
12.9943
13.4736
12.8662
13.1653
13.3976
14.2138
13.1495
14.4860
14.3875
13.9875
13.1682
13.3427
14.0958
13.9777
14.6112
14.3180
14.5588
14.2256
14.3856
14.6355
14.2564
14.5807
14.2614
14.5461
14.3403
14.8000
14.3555
14.9718
14.8829
14.8191
14.3864
14.4571
16
207
Pb
204
Pb
CC
15
14
13
Stacey & Kramers,
1975
12
11
206
Pb/204Pb
10.294
10
9.307
9
11
13
15
17
19
21
16
207
Pb
204
Pb
m2=9.74
15
m1=7.19
Stacey & Kramers,
1975
14
13
3.7
12
11
10.294
10
206
Pb/204Pb
4.56
9.307
9
11
13
15
17
19
21
Задача 17
Изотопный состав свинца из стратиформных месторождений.
Аппроксимировать точки двустадийной кривой развития.
T, млрд.лет
206Pb/204Pb
207Pb/204Pb
208Pb/204Pb
CD:
9.307
10.294
29.476
3.23
12.461
14.077
32.285
2.70
13.211
14.401
33.069
2.60
14.002
14.870
33.716
2.17
14.870
15.160
34.440
1.66
16.111
15.460
35.847
1.66
16.007
15.397
35.675
1.06
16.935
15.505
36.423
0.42
18.050
15.619
38.145
0.41
18.082
15.624
38.125
0.46
18.204
15.655
38.122
0.24
18.350
15.607
38.347
0.03
18.463
15.589
38.623
0.00
18.757
15.603
38.644
17
207
Pb
204
Pb
-1
-2
-3 -4
16
m=8
15
14
13
12
11
206
Pb/204Pb
10.294
10
9.307
9
11
13
15
17
19
21
23
17
207
Pb
204
Pb
m=22
16
T=1.8
15
m=8
14
13
12
11
206
Pb/204Pb
10.294
10
9.307
9
11
13
15
17
19
21
23
207
Pb
204
Pb
15.9
m=22
15.7
15.5
15.3
T=1.8
15.1
m=8
206
Pb/204Pb
14.9
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
15.9
15.7
EM-II
15.5
m=
238
U/
204
1.
T=
EM-I
Pb=8.5
207
Pb/204Pb
HIMU
m=22
a
G
7
OIB
MORB
HIMU
DUPAL
DM
15.3
T=4.5
1.7
=
T
15.1
15
16
17
18
19
206
20
21
22
204
Pb/
Pb
71

Hofmann A.W. et al., 1986. EPSL. V.79. P.33-45:
"Источник HIMU возник в результате субдукции обеднённых
свинцом пород океанической коры"
100
10
Pb, ppm
Островодужные
базальты
обогащены
свинцом
относительно
инертного церия,
значит в остатке (в
погружающейся
плите) U/Pb
отношение должно
бы повыситься
Lherzolites
IAB
OIB
HIMU
MORB
Sediments
1
0.1
1
10
Ce, ppm
100
1000
72
10
U, ppm
1
0.1
Sediments
IAB
OIB
HIMU
MORB
0.01
0.001
1
10
Ce, ppm
100
1000
73
10
IAB
OIB
HIMU
MORB
U, ppm
1
0.1
0.01
=3
b
4
20 P
/
38 U
0
N-MORB
2
m=
m=
8
0.001
0.01
0.1
1
10
100
Pb, ppm
74
Ключевой вопрос:
мантия химически гомогенна или гетерогенна?
Если некоторый источник магматических пород в течение длительного
времени неоднороден по Rb/Sr, Sm/Nd, U/Th/Pb и Lu/Hf, в нём неизбежно
возникнут вариации изотопного состава Sr, Nd, Pb и Hf
100
IAB
OIB
HIMU
MORB
10
IAB
OIB
HIMU
MORB
1
U, ppm
Th, ppm
10
100
1
0.1
0.1
.8
=3
/U
h
T
0.01
0.01
0.01
0.001
1
0.1
U, ppm
10
0.01
0.1
10
1
100
Rb, ppm
В MORB наблюдаются сильные корреляционные связи между элементамипримесями и широкие вариации их концентраций: более 2 порядков для
U, Th, Rb, более одного порядка для Sr, Pb, REE.
Эти вариации невозможно объяснить различными степенями
одностадийного плавления гомогенного источника.
1000
16.0
207
Pb
Pb
Эта корреляция указывает, что
вариации Sm/Nd отношения в MORB
возникли довольно давно…
Но MORB – современные базальты!
m=22
204
4. 5 G
a
15.8
Вариации Sm/Nd в MORB не могут
отражать фракционирование элементов только на стадии образования и кристаллизации базальтов.
Отчасти они унаследованы от источника.
1.7 Ga
15.6
m=238U/204Pb=8.5
OIB
HIMU
MORB
15.4
1.7
T=
15.2
Ga
eNd
143
Nd
Nd
144
Pb
0.15 Ga
15.0
18
19
Если бы породы мантии не
перемешивались, на этих
диаграммах наблюдались бы
тренды с наклоном, близким к
возрасту Земли.
Если изотопная гетерогенность
возникла за счёт добавки
аномального (корового)
компонента в мантию, тренды на
обоих графиках должны отвечать
примерно одному возрасту.
20
21
0.15 Ga
22
0.5127
0
0.5123
1G
a
OIB
HIMU
MORB
Sediments
Chondrites
0.5119
a
17
a
16
a
15
0.5115
0.1
0.2
4.5 G
Pb/
10
0.5131
3G
204
2G
206
-10
-20
0.3
Sm/Nd
0.4
0.5
Sm/Nd
1
Granites
Ocean Alkali Basalts
Cont. Tholeiites
MORB
HIMU
Изотопная гетерогенность мантии
(87Sr/86Sr и 143Nd/144Nd) может
быть следствием её химической
гетерогенности (Rb/Sr и Sm/Nd)
P
0.3
ET
A
0.703
0.707
0.709
0.01
0.1
1
10
1
Rb/Sr
2
0
Два главных типа мантийных
магм с “обогащёнными”
характеристиками:
• Щелочные базальты (А)
• Обогащённые толеиты (ET)
e
0.711
0.713
Carbonatites
Ocean Island Basalts
Continental Flood Basalts
Cont. AB
HIMU
CHUR
MORB
10
0.1
0.001
0.705
1
0.5131
0.5126
3
Nd(T)
-10
0.5121
2
EM-II
-20
0.5116
3
EM-I
-30
-50
0
e
0.5111
Sr(T)
50
100
eNd
143
Nd
144
Nd
10
0.5131
0.5127
0
Sediments
IAB
OIB
CFB
Cont. AB
Indian MORB
HIMU
MORB
0.5123
0.5119
-10
-20
0.5115
16
17
18
206
19
204
Pb/
Pb
20
21
22
100
1000
Lherzolites
IAB
OIB
HIMU
MORB
Sediments
U, ppm
1
Sediments
Lherzolites
OIB
Carbonatites
HIMU
MORB
100
Nd, ppm
10
0.1
10
1
0.01
0.001
0.1
1
10
100
1000
10000
1
10
100
Sr, ppm
100
10000
100
10
10
1
U, ppm
Pb, ppm
1000
Sr, ppm
1
Lherzolites
OIB
HIMU
MORB
Sediments
0.1
0.01
Carbonatites
Lherzolites
OIB
HIMU
MORB
Sediments
0.1
0.01
0.001
10
100
1000
Sr, ppm
10000
0.001
0.01
0.1
1
Rb, ppm
10
100
1000
1000
1000
OIB
Carbonatites
HIMU
MORB
Lherzolites
Mixing
Pb, ppm
Nd, ppm
100
10
Lherzolites
OIB
HIMU
MORB
Sediments
Mixing
100
10
1
1
0.1
0.1
0.01
0.1
1
0.1
Sm/Nd
1
Sm/Nd
100
100
Lherzolites
IAB
OIB
HIMU
MORB
Sediments
10
10
U, ppm
Th, ppm
1
Sediments
Lherzolites
OIB
HIMU
MORB
1
0.1
0.1
0.01
0.001
0.01
0.1
1
Sm/Nd
0.1
1
Sm/Nd
Формы статистических распределений
элементов-примесей в MORB
400
700
Rb
600
N=1392
400
Sr
N=1746
300
Nd
350
N=1741
Th
200
N=844
300
500
150
250
400
200
200
100
300
150
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Rb, ppm
Log(Rb)
150
100
0
0
100
200
300
400
500
Sr, ppm
300
Log(Sr)
250
50
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Nd, ppm
200
Log(Nd)
150
50
0
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
Th, ppm
80
Log(Th)
70
60
200
100
No. of observations
100
100
No. of observations
No. of observations
No. of observations
200
50
100
150
40
30
100
50
-0.5
0.0
0.5
Log10(Rb, ppm)
1.0
1.5
2.0
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
Log10(Sr, ppm)
2.6
2.8
3.0
No. of observations
-1.0
0
No. of observations
-1.5
No. of observations
No. of observations
0
50
50
20
10
0
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
Log10(Nd, ppm)
1.4
1.6
1.8
0
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
Log10(Th, ppm)
Формы всех распределений близки к логнормальным
0.0
0.5
1.0
Что должна предусматривать более
продвинутая модель:



Современная мантия химически гетерогенна;
Rb, Sr, Sm, Nd, Lu, Hf, U, Th, Pb и их парные отношения
взаимно коррелированы в мантии;
В мантии действуют процессы, противоположно
влияющие на изотопные системы пород в ней:
• постоянно возникающая химическая гетерогенность
порождает изотопные вариации;
• перемешивание вещества направлено на уничтожение
любой гетерогенности (химической и изотопной) в мантии.
83
Статистическая модель:

Мантийный источник представлен дискретными элементами
(доменами), изначально гомогенными. Количество доменов D
от 103 до 106 приводит к одинаковым результатам;

Временная шкала разбивается на S малых шагов Dt;
S×Dt = 4.5 млрд.лет; (S=30÷100);

С самого начала на каждом шаге в каждом дискретном
элементе (домене) формируется ‘случайный' сдвиг по U/Pb,
Th/Pb, Sm/Nd, Rb/Sr и Lu/Hf так, чтобы в конце всего процесса
получить статистические распределения этих отношений,
наблюдаемые в MORB;

На каждом временном шаге изотопные отношения изменяются
в соответствии с законом радиоактивного распада;

На каждом шаге в двух случайно выбранных элементах (доменах) изотопные отношения Sr, Pb, Nd и Hf уравновешиваются
между собой (моделируется смешение). Доля (F) доменов,
вовлечённых в ‘смешение’ менялось от 0 до D, лучшие
84
результаты получены для F=0.2×D.
С очень хорошим приближением Sm/Nd отношение в толеитах (MORB)
отражает состав их источника по причине высоких степеней плавления
100
CL /
C0s
Partial melting
Nd
10
For a restite composition:
DSm
DNd
Ol -60% 0.0008 0.0005
Opx-25% 0.055
0.030
Cpx-12% 0.30
0.20
Gar- 3% 0.30
0.10
DSm = 0.059 (calculated from
Sm
DNd = 0.035
Green, 1994)
1
Sm/Nd
0.86
0.92
0.95
0.97
Melting degree (F)
0.1
0%
10%
20%
30%
40%
1000
Lherzolites
OIB
HIMU
MORB
Model
10
1
100
10
0.1
1
10
100
1000
Sr, ppm
1
U, ppm
Nd, ppm
100
Lherzolites
OIB
HIMU
10000
MORB
Sediments
Model
0.1
0.01
0.001
1
10
100
Sr, ppm
1000
10000
1
Sm
Nd
Химическая гетерогенность в
модели увеличивается от нуля в
начале до современных вариаций в
MORB
OIB
MORB
Sediments
0.3
Rb/Sr
0.1
0.001
1
0.01
0.1
1
10
1
Sm
Nd
Sm
Nd
OIB
MORB
Sediments
0.3
OIB
MORB
Sediments
0.3
U/Pb
Lu/Hf
0.1
0.01
0.1
0.1
1
10
0.01
0.1
1
10
16.0
eNd
143
Nd
Nd
207
Pb
204
Pb
144
0.5132
10
15.8
15.6
0.5128
слабое перемешивание
15.4
Sediments
OIB
MORB
Model
15.2
0
OIB
HIMU
MORB
Sediments
Model
0.5124
-10
206
Pb/204Pb
0.5120
15.0
0.1
15
16
17
18
19
20
21
0.2
0.3
0.4
0.5
Sm/Nd
22
eNd
143
16.0
Nd
Nd
207
Pb
204
Pb
144
0.5132
10
15.8
15.6
0.5128
полная гомогенизация
15.4
Sediments
OIB
MORB
Model
15.2
0
OIB
HIMU
MORB
Sediments
Model
0.5124
-10
206
Pb/204Pb
15.0
0.5120
0.1
15
16
17
18
19
20
21
22
0.2
0.3
Sm/Nd
0.4
0.5
16.0
eNd
143
Nd
Nd
207
Pb
204
Pb
144
10
0.5130
15.8
0
0.5125
15.6
-10
0.5120
15.4
Sediments
OIB
MORB
OIB
MORB
Sediments
0.5115
-20
15.2
206
Pb/204Pb
-30
0.5110
15.0
0.1
15
eSr
16
-30
17
18
-15
19
0
20
15
21
30
45
Nd
144
Nd
Nd
144
Nd
eHf
0.5132
0.5132
0.3
0.4
0.5
Sm/Nd
143
eNd
143
0.2
22
10
-20
-10
0
10
20
eNd
OIB
MORB
Sediments
10
5
0.5128
0.5128
0
0
0.5124
OIB
HIMU
MORB
0.5124
-5
-10
-10
0.5120
0.5120
0.702
0.704
0.706
87
Sr/86Sr
0.708
0.2821
0.2825
0.2829
176
Hf/177Hf
0.2833


Наблюдаемые изотопные аномалии могли
возникнуть в результате внутримантийной
дифференциации вещества, например, в связи
с интрузивным магматизмом в мантии.
Насколько реальны такие процессы?
или:

Всегда ли возможно полное (100.0%) удаление
расплавов из мантии?
Вывод:


Характер изотопной гетерогенности мантийных толеитов
статистически согласуется с их (и, вероятно, мантийной)
химической гетерогенностью;
Изотопные аномалии (компоненты) DM, EM-I, EM-II,
HIMU вполне непротиворечиво могут быть объяснены
внутримантийным магматизмом:
Частичное
плавление
перемещение
расплава
Кристаллизация
в мантии
+ Время
на фоне конвективного перемешивания мантии
(недостаточно эффективного для полной гомогенизации)
Сравнение составов магматических пород
и пород, связанных с метасоматозом
1000
100
100
10
OIB
HIMU
MORB
Carbonatites
Carb-rel.Bas
Th, ppm
U, ppm
10
1
IAB
OIB
MORB
Carbonatite
Carb-rel.AB
Cont.AB
0.1
1
0.1
0.01
0.001
0.01
0.1
1
100
10
(La/Lu)n
1000
10000
0.001
0.01
0.1
1
10
100
U, ppm
Модели, привлекающие метасоматоз в качестве причины
изменения состава геосфер – не состоятельны.
92