Кіріспе
Самар-неодимдік датировка – тау жыныстары мен метеориттердің жасын анықтау үшін пайдалы радиометриялық датировка әдісі. Бұл әдіс ұзақ өмір сүрген самарий изотопының альфа ыдырауы мен тұрақты радиогенді неодим изотобына негізделген. Неодим изотоптарының қатынастары самарий-неодим қатынастарымен бірге магмалық балқытулардың жасы мен көзі туралы ақпарат беру үшін қолданылады. Кейде жер қыртысы материалы мантиядан пайда болған кезде неодим изотоптарының қатынасы тек осы оқиғаның болған уақытына ғана байланысты деп есептеледі, бірақ одан кейін ол жер қыртысы материалындағы самарий мен неодимнің жаңа қатынасына байланысты өзгереді, бұл қатынас мантия материалындағыдан өзгеше болады. Самар-неодимдік датировка жер қыртысының қашан пайда болғанын анықтауға мүмкіндік береді. Sm–Nd датировкасының тиімділігі осы екі элементтің сирек кездесетін жер элементтері екендігіне байланысты, сондықтан теориялық тұрғыдан алғанда, олар шөгінділеу және диагенез процестерінде бөлінуге бейім емес. 142Nd түзу үшін. Тас (немесе тау жыныстары тобы) пайда болған күнді анықтау үшін изохрондық датировка әдісін қолдануға болады. Олар жер бетіндегі магмалық жыныстардың балқығаннан пайда болған кезде "хондриттік біркелкі резервуар" немесе "хондриттік біртараптандырылмаған резервуар" (CHUR) сызығын қатаң сақтағанын анықтады – хондриттерде 143Nd:144Nd қатынасының уақыт өте келе артуын көрсетеді. Хондриттік метеориттер планеталар пайда болғанға дейін Күн жүйесінде пайда болған ең ерте (сұрыпталмаған) материалды білдіреді деп саналады. Олардың іздік элементтерінің салыстырмалы түрде біртекті белгілері бар, сондықтан олардың изотоптық эволюциясы Күн жүйесінің және "жердің" эволюциясын модельдеуге мүмкіндік береді. Жер бетіндегі магмалық тау жыныстарының жасы мен бастапқы 143Nd/144Nd қатынастарын Nd эволюциясы мен уақыт диаграммасына түсіргеннен кейін, ДеПаоло мен Вассербург Архей тау жыныстарының бастапқы Nd изотоптық қатынастары CHUR эволюциялық сызығымен анықталғанға өте ұқсас екенін анықтады.
Samarium–neodymium dating is a radiometric dating method useful for determining the ages of rocks and meteorites, based on the alpha decay of the long lived samarium isotope to the stable radiogenic neodymium isotope Neodymium isotope ratios together with samarium neodymium ratios are used to provide information on the age and source of igneous melts. It is sometimes assumed that at the moment when crustal material is formed from the mantle the neodymium isotope ratio depends only on the time when this event occurred, but thereafter it evolves in a way that depends on the new ratio of samarium to neodymium in the crustal material, which will be different from the ratio in the mantle material. Samarium–neodymium dating allows us to determine when the crustal material was formed. The usefulness of Sm–Nd dating stems from the fact that these two elements are rare earth elements and are thus, theoretically, not particularly susceptible to partitioning during sedimentation and diagenesis.) to produce 142Nd. To find the date at which a rock (or group of rocks) formed one can use the method of isochron dating.) discovered that terrestrial igneous rocks at the time of their formation from melts closely followed the "chondritic uniform reservoir" or "chondritic unifractionated reservoir" (CHUR) line – the way the 143Nd:144Nd ratio increased with time in chondrites. Chondritic meteorites are thought to represent the earliest (unsorted) material that formed in the Solar system before planets formed. They have relatively homogeneous trace element signatures, and therefore their isotopic evolution can model the evolution of the whole Solar system and of the "bulk Earth". After plotting the ages and initial 143Nd/144Nd ratios of terrestrial igneous rocks on a Nd evolution vs. time diagram, DePaolo and Wasserburg determined that Archean rocks had initial Nd isotope ratios very similar to that defined by the CHUR evolution line.
Эпсилон белгісі
143Nd/144Nd CHUR эволюциялық сызығынан ауытқулары өте аз болғандықтан, ДеПаоло мен Вассербург 143Nd/144Nd CHUR эволюциялық сызығынан ауытқуларын сипаттайтын жазба жасаудың пайдалы екенін айтты. Бұл эпсилон жазбасы деп аталады, онда бір эпсилон бірлігі CHUR құрамынан 10,000-нан бір бөлікке дейінгі ауытқуды білдіреді. Алгебралық тұрғыда, эпсилон бірліктерін теңдеу арқылы анықтауға болады.
Эпсилон бірліктері нәзік болғандықтан және бастапқы Nd изотоптық қатынасының нақтырақ көрсеткіші болғандықтан, бастапқы изотоптық қатынастардың орнына оларды қолдану арқылы түсіну оңай және әртүрлі жастағы қабықтың бастапқы қатынастарын салыстыру ыңғайлы. Сонымен қатар, эпсилон бірліктері бастапқы қатынастарды CHUR-ға нормалайды, осылайша қолданылатын әртүрлі аналитикалық массалық фракциялау түзету әдістерінен туындаған әсерлерді жояды. TCHUR жасын есептеу үшін, континенттік тау жыныстарын құру үшін мантиядан магманы бөліп алу кезінде Nd/Sm арасында фракциялау болған болуы керек. Бұл фракциялау қабық пен мантияның изотоптық эволюциялық сызықтары арасындағы ауытқуға әкеледі. Осы екі эволюциялық сызықтың қиылысуы жер қыртысының қалыптасу жасын көрсетеді. TCHUR жасы келесі теңдеумен анықталады:
Егер үлгі қалыптасқаннан кейін өзгере алмаған болса, тастың TCHUR жасы бүкіл жер қыртысының қалыптасу жасын анықтауға мүмкіндік береді. Sm/Nd сирек кездесетін жер элементтері (REE) болғандықтан, олардың ерекше қасиеттері силикатты тау жыныстарының метаморфизмі мен балқыуы кезінде бөлінуге қарсы тұруға мүмкіндік береді. Осының арқасында үлгіде метаморфизм болған жағдайда да жер қыртысының қалыптасу жасын есептеуге болады.
Кедейленген мантиялық модель
Архейлік плутондардың CHUR Nd изотоптық эволюциялық сызығына жақсы сәйкес келуіне қарамастан, ДеПаоло мен Вассербург (1976) жас мұхиттық жанартаулардың көпшілігі (Океан орталық қамалының базальттары және Арал аркасы базальттары) CHUR сызығынан +7-ден +12 ɛ бірлікке жоғары орналасқандығын байқады (суретті қараңыз). Бұл, CHUR сызығының қателік шегінде орналасқан архейлік континенттік магмалық жыныстар, уақыт өте келе Sm/Nd және 143Nd/144Nd қатынастарының артуымен сипатталатын, сарқылған мантия эволюциялық сызығында жатуы мүмкін деген тұжырымға әкелді. Архейлік CHUR деректері мен жас жанартау үлгілері арасындағы осы айырмашылықты одан әрі талдау үшін Колорадоның алдыңғы қатарлы жоталарының (Айдахо Спрингс формациясы) протерозойлық метаморфты негізінде зерттеу жүргізілді. Талданған үлгілердің бастапқы 143Nd/144Nd қатынастары, суретте көрсетілген ɛNd-ге қарсы уақыт диаграммасына түсірілді. ДеПаоло (1981) Айдахо Спрингс және қазіргі заманғы мұхиттық арал аркасы деректері үшін орташа ɛNd-ге квадраттық қисық сызығын жүргізді, осылайша сарқылған резервуардың неодим изотоптық эволюциясын көрсетті. CHUR эволюциялық сызығына қатысты сарқылған резервуардың құрамы T уақытында ɛNd(T) = 0,25T² – 3T + 8,5 теңдеуімен беріледі. Осы қисықты қолданып есептелген Sm-Nd модельдік жастары TDM жастары деп аталады. ДеПаоло (1981) бұл TDM модельдік жастары, TCHUR модельдік жастарына қарағанда, қабық пайда болу жасын анықтауда дәлірек болады деп мәлімдеді. Мысалы, Маккалух пен Вассербургтің Гренвилл қосымшасынан алынған 0,8 Гы аномалды төмен TCHUR модельдік жасы, Гренвилл орогенезі кезіндегі жас қабық пайда болуына тән 1,3 Гы TDM жасына түзетілді.
ɛNd(T) = 0.25 T2 – 3 T + 8.5. Sm Nd model ages calculated using this curve are denoted as TDM ages. DePaolo (1981) argued that these TDM model ages would yield a more accurate age for crustal formation ages than TCHUR model ages – for example, an anomalously low TCHUR model age of 0.8 Gy from McCulloch and Wasserburg's Grenville composite was revised to a TDM age of 1.3 Gy, typical for juvenile crust formation during the Grenville orogeny.