Неорганическая геохимия - Хендерсон П.
Скачать (прямая ссылка):
Граниты, образовавшиеся при плавлении осадков и других коровых веществ, могут сильно отличаться по концентрациям микроэлементов от гранитов, происходящих из мантийного источника. Некоторые физико-химические условия генерации расплава и кристаллизации (например, Рн2о), вероятно, также будут различны, что отразится на характере распределения элементов между минеральными фазами. Изотопные исследования в комбинации с другими геохимическими методами помогут понять процессы, влияющие на распределение элементов.
Возможная гетерогенность мантии, упоминавшаяся выше, была объектом многочисленных исследований, в том числе в последнее время с использованием изотопов N(1. Самарий-147 распадается с излучением альфа-частицы и превращается в 143Ш. К этим изотопам можно применить те же принципы, что и в ИЬ — Бг-методе. Соотношение
используется для "определения возраста пород, но большой период полураспада и75т (табл. 9.4) ограничивает применение этого метода только архейскими породами (>2,5 млрд. лет). Однако отношение изотопов может дать некоторую информацию об источнике магм для более молодых пород. В источнике, для которого характерны пониженные содержания легких редкоземельных элементов относительно хондритов, будет происходить.
(9.6)
236 Часть II
более быстрый рост величины отношения 143Ш/14^с1 из-за того, что в нем отношение Бт/Ш больше, чем в источнике, обогащенном легкими редкоземельными элементами и с той же концентрацией N(1. Например, небольшая, но тем не менее заметная разница отношений 143Ш/146Ш между некоторыми океаническими щелочными базальтами (0,7080) и толеитовыми базальтами (0,7083) показывает, что эти два типа базальтов образовались в областях мантии с различными величинами отношения Ш/Эт ([321]. Эти области должны были стать химически различными задолго до этого — за время, достаточное для накопления наблюдаемых различий в изотопии.
9.4. Стабильные изотопы: некоторые принципы. Большинство естественных элементов состоит из более чем одного изотопа. Изотопы одного элемента обладают в целом сходным поведением в химических процессах, однако из-за разницы в массах изотопов в их распределении наблюдаются тонкие, но важные различия. Эти эффекты выражены более резко в случаях, когда массы изотопов существенно различаются (на 5% и более). Фракционирование изотопов в природных процессах было обнаружено для элементов с массовыми числами от 40 (т. е. до кальция) и, вероятно, для селена (фракционирование изотопов 765е и 82Эе должно быть сходно с наблюдаемым для изотопов серы). В табл. 9.5 приведены данные о распространенности ес-
Таблица 9.5. Относительная распространенность некоторых стабильных изотопов
Изотоп
Относительная распространенность, %
Изотоп
Относительная распространенность, %
6Ы 71л юВ »В "С
13С
над «о
170 180
24Мо; 26М?
99.9844-0,013-
-99,987 0,0156
7,52 92,48
18,98 81,02
98,893 1,107
99,64 0,36
99,763 0,0375 0,1995
78,8
10,15
11,06
285; зо5;
325
335
34 3
зв5
39К 41К
40Са 42Са 43Са 44Са 4ВСа 48Са
92,27 4,68 3,05
95,02 0,75 4,21 0,02
93,10 6.88
96,97 0,64 0,145 2,06 0,0033 0,185
9. Распределение изотопов в геохимии 237
тественыых изотопов легких элементов, которые в той или иной мере были использованы в геохимии стабильных изотопов.
Фракционирование изотопов происходит в первую очередь вследствие того, что характер движения молекул, а следовательно, и энергия вещества зависят от масс составляющих его атомов. Разница в массах влияет на колебательную, поступательную и вращательную компоненты движения молекул и тем самым на разделение изотопов. Колебательная компонента фракционирования зависит от температуры. Это позволяет использовать стабильные изотопы в геотермометрии. Поскольку поступательное и вращательное движения обычно не происходят в твердых телах, изотопное распределение в минералах контролируется колебательной компонентой.
Ниже перечислены главные процессы, приводящие к фракционированию изотопов в природе:
а) реакции изотопного обмена;
б) кинетические процессы, в которых скорость реакции зависит от изотопного состава исходных и конечных веществ;
в) физико-химические процессы, включая испарение/конденсацию, плавление/кристаллизацию и диффузию.
В этой главе рассматриваются главным образом процессы типа «а».
В геохимических исследованиях фракционирование изотопов выражают через отклонение отношения изотопов в исследуемом •образце от отношения в стандарте. Такие относительные отклонения обозначаются символом б, и для некоторого элемента А они рассчитываются по формуле
6А^РА~^ста"д У 1000, (9.7)
\ Астанд /
где #Л — отношение изотопов А, причем более тяжелый изотоп стоит в числителе (например, 180/160 , 345/325). Поэтому величина б выражается в тысячных долях, или промилле (%'д). В настоящее время величина 6 может быть измерена с точностью выше ±0,5%о для водорода и часто выше ±0,05%0 для большинства других легких элементов.
Часто используются следующие два соотношения: разница между величинами б для двух фаз А и В
