Кіріспе
Минерал элементтерінің бөлінуі Үйлесімділік - геохимиктер элементтердің қатты денеде қалай бөлінуін және Жер мантиясында қалай балқуын сипаттау үшін қолданатын термин. Геохимияда үйлесімділік - белгілі бір микроэлементтің минералдың ішіндегі негізгі элементті қаншалықты тез алмастыратынын өлшейтін өлшем. Ионның үйлесімділігі екі нәрсемен анықталады: оның валенттілігі және иондық радиусы. Екеуі де негізгі элементтің элементтеріне жақын болуы керек, сонда микроэлемент минералға үйлесімді болады. Мысалы, оливин (жоғарғы мантияда көп кездесетін минерал) химиялық формуласына ие. Никель темір мен магнийге өте ұқсас химиялық мінез-құлықпен, оларды оңай алмастырады, сондықтан мантияда өте үйлесімді. Үйлесімділік балқыту кезінде әр түрлі элементтердің бөлінуін бақылайды. Тастағы элементтің үйлесімділігі - оның әр минералдағы үйлесімділігінің орташа салмағы. Ал үйлеспейтін элемент - кристалдық құрылымындағы ең тұрақты элемент. Егер элемент тау жынысында үйлеспейтін болса, ол балқып бастағаннан кейін бірден балқып кетеді. Жалпы, элемент қандай жыныста үйлесімді екенін айтпастан, "қосулы" деп аталса, мантияны білдіреді. Осылайша, үйлеспейтін элементтер - бұл континенттік қабықта байытылған және мантияда кеміген элементтер. Мысалға: рубидий, барий, уран және лантан. Қосымша элементтер жер қабығында азайып, мантияда байытылады, мысалы, никель және титан. Үйлесімділік әдетте элементтің таралу коэффициентімен сипатталады. Таралу коэффициенті элементтің қатты және сұйық фазаларының минералға қалай таралатынын сипаттайды. Қазіргі кездегі Жердегі сирек кездесетін микроэлементтерді зерттеу Жер қыртысындағы элементтердің химиялық құрамын өлшеуге және зерттеуге бағытталған. Жердің ішкі қабығының төменгі және жоғарғы мантия аймағын түсінуде әлі де белгісіздіктер бар. Сонымен қатар, көптеген зерттеулер мұхит қабығының құрамын сипаттау үшін базальттық магмадағы белгілі бір элементтердің бөлу коэффициентін қарауға бағытталған.
Compatibility is a term used by geochemists to describe how elements partition themselves in the solid and melt within Earth's mantle. In geochemistry, compatibility is a measure of how readily a particular trace element substitutes for a major element within a mineral. Compatibility of an ion is controlled by two things: its valence and its ionic radius. Both must approximate those of the major element for the trace element to be compatible in the mineral. For instance, olivine (an abundant mineral in the upper mantle) has the chemical formula Nickel, with very similar chemical behaviour to iron and magnesium, substitutes readily for them and hence is very compatible in the mantle. Compatibility controls the partitioning of different elements during melting. The compatibility of an element in a rock is a weighted average of its compatibility in each of the minerals present. By contrast, an incompatible element is one that is least stable within its crystal structure. If an element is incompatible in a rock, it partitions into a melt as soon as melting begins. In general, when an element is referred to as being “compatible” without mentioning what rock it is compatible in, the mantle is implied. Thus incompatible elements are those that are enriched in the continental crust and depleted in the mantle. Examples include: rubidium, barium, uranium, and lanthanum. Compatible elements are depleted in the crust and enriched in the mantle, with examples nickel and titanium. Compatibility is commonly described by an element's distribution coefficient. A distribution coefficient describes how the solid and liquid phases of an element will distribute themselves in a mineral. Current studies of Earth's rare trace elements seek to quantify and examine the chemical composition of elements in the Earth's crust. There are still uncertainties in the understanding of the lower crust and upper mantle region of Earth's interior. In addition, numerous studies have focused on looking at the partition coefficients of certain elements in the basaltic magma to characterize the composition of oceanic crust.
Тарату (бөлу) коэффициенті
Минералдарда барлық элементтер қатты және сұйық фазалар арасында біркелкі бөлінбейді. Бұл құбылыс химиялық фракциялау деп аталады және элементтің кез келген екі фазаның арасындағы тұрақты үлестірімін теңгерімде белгілейтін тепе-теңдік тұрақтысымен сипатталуы мүмкін. Ақырында, бұл өлшеулер әр түрлі геологиялық жағдайдағы элементтік мінез-құлықты одан әрі түсіну үшін пайдаланылуы мүмкін.
Қолданбалар
Жердің құрамы туралы негізгі ақпарат көздерінің бірі перидотит пен базальт балқыту арасындағы байланысты түсінуден келеді. Жердің мантиясының басым бөлігін перидотит құрайды. Жердің мұхит қабығында жоғары концентрацияланған базальт магма Жердің бетіне жетіп, өте тез суытқанда пайда болады. Бұл тұжырымдаманы ғалымдар Жердің мантиясының эволюциясына және соңғы 3,5 миллиард жыл ішінде литофильді микроэлементтердің концентрациясы қалай өзгергеніне түсінік беру үшін қолдана алады.
Жердің ішкі қабатын түсіну
Бұрынғы зерттеулерде микроэлементтердің үйлесімділігі перидотит қаттылығының еріген құрылысына әсерін көру үшін қолданылған. Мұндай зерттеулерде белгілі бір элементтердің бөліну коэффициенттері қаралды және осы мәндердің шамасы зерттеушілерге балқыманың полимерлену дәрежесі туралы белгілі бір мәлімет берді. 1998 жылы Шығыс Қытайда жүргізілген зерттеуде Қытай жер қабығында кездесетін әртүрлі элементтердің химиялық құрамы қаралды. Бұл аймақтағы жер қыртысының құрылымын сипаттау мен сипаттау үшін қолданылатын өлшемдердің бірі әртүрлі элемент жұптарының үйлесімділігі болды. Негізінде, осыған ұқсас зерттеулер белгілі бір элементтердің үйлесімділігі қалай өзгеріп, Жердің ішкі химиялық құрамы мен жағдайына әсер ететінін көрсетті. Океандық вулканизм - бұл үйлесімділікті қолдануды қамтитын тағы бір тақырып. 1960 жылдан бастап Жердің мантиясының құрылымын геохимиктер зерттей бастады. Мұхит қабығы вулкандық белсенділіктен пайда болған базальттарға бай, геологиялық уақыт шкаласы бойынша Жердің ішкі эволюциясы туралы ақпарат беретін ерекше компоненттерді көрсетеді. Кемелсіз микроэлементтер мантия ерігенде сарқылып, жанартаулық белсенділік арқылы мұхит немесе континенттік қабықта байытылады. Басқа жағдайларда вулканизм қабыққа мантияның байытылған балқымасын шығарады. Бұл құбылыстарды осы базальттардағы изотоптардың радиоактивті ыдырауының жазбаларына қарап, сандық түрде анықтауға болады, бұл мантия геохимиктері үшін құнды құрал болып табылады. Әсіресе, мұхит түбіндегі серпентиниттердің геохимиясын, атап айтқанда субдукциялық аймақтарды, белгілі бір микроэлементтердің үйлесімділігін пайдалану арқылы зерттеуге болады. Қорғасынның (Pb) әр түрлі ортадағы цирконға үйлесімділігі де тау жыныстарындағы цирконның бар екендігін көрсетеді. Цирконның радиогендік емес қорғасын деңгейін байқағанда, бұл цирконның радиометриялық мерзімін анықтау үшін пайдалы құрал болуы мүмкін.