201

200

gdzie materiał górnego płaszcza i skorupy oceanicznej mieszał się z materiałem skorupy kontynentalnej.

Badania stosunku ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr wyjaśniają również w dużym stopniu pochodzenie skał anortozytowych oraz pochodzenie tak szczególnych skał magmowych, jakimi są karbonatyty.

Jak wynika z przedstawionych w dużym skrócie danych, badania izotopów strontu wniosły bardzo wiele nowych elementów do genetycznych zagadnień skał magmowych, jednak jak podkreśla Polański oraz inni autorzy, może to być jedno z kryteriów nie rozstrzygające owego zagadnienia, do rozwiązania którego należy zastosować jeszcze wiele innych petrologicznych i geologicznych metod badawczych.

5.1.5.4. Samar i neodym

Dwa pierwiastki ziem rzadkich — samar i neodym nabrały w ostatnim czasie szczególnego znaczenia w badaniach petrologicznych. Służą one zarówno do określania wieku radiogenicznego skał bazytowych i ultrabazyto-wych. jak też do uzyskania informacji o ewolucji skorupy i płaszcza, podobnie jak je uzyskano z zachowania się rubidu i strontu. Samar ¹⁴⁷Sm rozpada się na neodym ¹⁴³Nd (okres połowicznego rozpadu jest bardzo długi i wynosi około l • I0^{l 1} lat), a ilość izotopu ¹⁴³Nd jest mierzona w odniesieniu do stałego izotopu ¹⁴⁴Nd, podobnie jak ⁸⁷Sr jest mierzony w odniesieniu do ⁸⁶Sr.

Analogicznie jak w rozdziale poprzednim, nie będzie tu omawiana metoda określania wieku, lecz tylko zmieniające się stosunki ilościowe samaru i neodymu, którymi posłużyć się można do określania środowisk geotektonicz-nych, w jakich tworzyły się określone, magmowe serie skalne.

Pierwiastki ziem rzadkich (REE), podobnie jak stosowane do określania wieku rubid i uran, są silnie skoncentrowane w skorupie. Ilość neodymu w skorupie jest około 25 razy większa niż w płaszczu. Ilość samaru jest tylko około 16 razy większa. Z powodu tej różnicy wynik zmiany stosunku ¹⁴⁷Sm/¹⁴³Nd (czyli stosunku „rodzic/potomek” w języku angielskim określany jako stosunek parent/daughter), a więc i zmiany stosunku ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd jest mniejszy w kontynentalnej skorupie aniżeli w górnym płaszczu, z którego ona pochodzi. W ten sposób, chociaż absolutna ilość REE jest w skorupie większa niż w płaszczu, to stosunek Sm/Nd (parentidaughter) jest w niej około 40% mniejszy niż w płaszczu. W efekcie, przeciwnie niż wartość ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr, wartość ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd rośnie szybciej w płaszczu aniżeli w skorupie. W skorupie więc te wartości stosunków między izotopami Nd są mniejsze od tych, jakie powinny być charakterystyczne dla chondrytów, podczas gdy w płaszczu wartości te są uzupełniająco większe. Istnieje więc możliwość przedstawienia wartości tych stosunków w odniesieniu do chondrytów jako wielkości dodatnich lub ujemnych. Krzywa dla chondrytów została przedstawiona na rycinie 5.11. Odchylenia od niej w kierunku dodatnim lub ujemnym określane są Z_Nd

Ryc. 5.11. Diagram przedstawiający rozdział izotopów Nd w historii Ziemi. Symbol CHUR na krzywej oznacza stałą dla chondrytów (chondritic uniform reservoir), AE - akreację Ziemi, CE -uformowanie skorupy. Pokazany jest też rozdział izotopów Nd w skorupie (C) i górnym płaszczu

(U)

Objaśnienia w tekście i stanowią frakcjonalnie powstałe różnice wyrażane w jednostkach 0,01%. Krzywa określona jest jako CHUR (chondritic uniform reservoir), a zaznaczone zostały na niej punkty akrecji Ziemi (AE), utworzenia skorupy (CF) oraz rozdział izotopów Nd w skorupie (C) i górnym płaszczu (UM). Jako przykład całej kalkulacji można podać, że jeśliby skorupa nie została uformowana, a płaszcz zachował chondrytowe stosunki Sm/Nd w czasie historii Ziemi, wówczas miałoby wartość równą zeru. Wartość E^ w oceanicznych bazaltach dochodzić może do +12, podczas gdy średnia dla kontynentów wynosi około - 15. Wartości te są wynikiem frakcjonowania Sm i Nd z płaszcza, który inicjalnie zawierał chondrytowe ilości REE. Kalkulacja oparta na licznych danych otrzymanych z wartości tych stosunków wykazała, że po utworzeniu kontynentalnej skorupy zubożona część płaszcza może sięgać do głębokości 600—700 km (ryc. 5.13). Ta obliczona głębokość, jak'wykazały ostatnie badania, zgodna jest ze zmianami w szybkości fal sejsmicznych, a cały górny płaszcz ma także budowę warstwową na globalną skalę.

Stosunki między izotopami Nd i Sr i ich dewiacje w różnych środowiskach geotektonicznych zostały przedstawione na rycinie 5.12. Wynika z niej, że jeśli omawiane izotopy strontu i neodymu nie byłyby frakcjonowane

Ryc. 5.12. Diagram obrazujący relacje między wartością a wartością ³⁷Sr/^8l5Sr w różnych środowiskach geotektonicznych Ziemi

Objaśnienia w tekście