跳转到内容

草稿:钐钕测年法

维基百科，自由的百科全书

钐钕测年法是一种放射性定年法，可用于确定岩石和陨石的年龄，该方法基于长寿命钐同位素 (147 Sm）转化为稳定的放射性钕同位素（143 钕）。钕同位素比以及钐钕比可用于提供有关火成熔体的年龄和来源的资讯。人们有时认为，当地壳物质从地幔中形成时，钕同位素比率仅取决于该事件发生的时间，但此后，它的演变方式取决于地壳物质中钐与钕的新比率，这将不同于地幔物质中的比例。钐钕测年法可以确定地壳物质的形成时间。

Sm-Nd测年法的实用性源自于这两个元素都是稀土元素，因此从理论上讲，在沉积和成岩作用过程中不易发生分离。长英质矿物的分离结晶改变了生成物的 Sm/Nd 比。这反过来又影响了 143Nd/144Nd 比率因放射性 143Nd 的产生而增加的速率。

在许多情况下，Sm-Nd和Rb-Sr同位素数据一起使用。

Sm-Nd放射性定年法

[编辑]

钐有七种天然同位素，钕也有七种。这两种元素以母体-子体关系结合，母体147Sm经α衰变生成放射性子体143Nd，其半衰期为1.066(5)×1011年，而146S​​m（一种几乎灭绝的放射性核素，半衰期为9.20(26)×107年[2][2][2]1462]146)×107年[2][2]。

要确定一块岩石（或一组岩石）的形成日期，可以使用等时线测年法。 Sm-Nd 等时线绘制了放射性同位素 143Nd 与非放射性同位素 144Nd 的比率以及母同位素 147Sm 与非放射性同位素 144Nd 的比率。 144Nd 用于标准化等时线中的放射性同位素，因为它是一种准稳定（半衰期为 2.29(16)×1015 年）且相对丰富的钕同位素。

Sm 和 Nd 地球化学

[编辑]

按照鲍文反应系列，硅酸盐矿物中 Sm 和 Nd 的浓度随着它们从岩浆中结晶的顺序而增加。钐更容易融入镁铁矿物中，因此结晶镁铁矿物的镁铁质岩石将在熔体相中富集钕，而钐则较少。因此，当熔体从镁铁质成分逐渐结晶为长英质成分时，Sm和Nd的丰度会发生变化，Sm和Nd之间的比例也会改变。

因此，超镁铁质岩具有较高的 Sm 含量和较低的 Nd 含量，因而具有较高的 Sm/Nd 比。长英质岩石的 Sm 浓度低而 Nd 浓度高，因此 Sm/Nd 比值也低（例如，科马提岩的 Nd 含量为 1.14 ppm，Sm 含量为 3.59 ppm，而流纹岩的 Nd 含量为 4.65 ppm，Sm 含量为 21.6 ppm）。

这个过程的重要性在模拟大陆地壳形成的年龄时显而易见。

CHUR 模型

[编辑]

透过对钕的同位素组成的分析，DePaolo 和 Wasserburg (1976 年[6]) 发现，陆地火成岩在由熔体形成时，严格遵循“球粒陨石均匀储层”或“球粒陨石单一分馏储层”（CHUR）线——即球粒陨石中的 143Nd:144Nd 比率随时间增加的比率。球粒陨石被认为是行星形成之前太阳系中形成的最早（未分类的）物质。它们具有相对均质的微量元素特征，因此它们的同位素演化可以模拟整个太阳系和“地球本体”的演化。在将陆地火成岩的年龄和初始 143Nd/144Nd 比值绘制在 Nd 演化与时间图上后，DePaolo 和 Wasserburg 确定太古代岩石的初始 Nd 同位素比值与 CHUR 演化线定义的非常相似。

艾普西隆符号

[编辑]

由于 143Nd/144Nd 与 CHUR 演化线的偏离非常小，DePaolo 和 Wasserburg 认为创建一种符号形式来描述 143Nd/144Nd 与 CHUR 演化线的偏差会很有用。这称为 epsilon 符号，一个 epsilon 单位代表与 CHUR 成分的每 10,000 个偏差中的 1 个。

由于 epsilon 单位更精细，因此可以更具体地表示初始 Nd 同位素比，透过使用 epsilon 单位代替初始同位素比，可以更容易理解并因此比较不同年龄的地壳的初始比率。此外，epsilon 单位会将初始比率标准化为 CHUR，从而消除所应用的各种分析质量分馏校正方法所造成的任何影响。

Nd 模型年龄

[编辑]

由于 CHUR 定义了大陆岩石随时间的初始比率，因此推断，使用 CHUR 测量 143Nd/144Nd 和 147Sm/144Nd 可以产生形成任何地壳岩石的熔体与地幔分离的模型年龄。这称为 TCHUR。为了计算 TCHUR 年龄，在从地幔中提取岩浆以产生大陆岩石的过程中，Nd/Sm 之间的分馏必须发生。这种分馏会导致地壳和地幔同位素演化线之间的偏差。这两条演化线的交点就指示了地壳形成的年龄。

亏损地幔模型

[编辑]

如果岩石样本在形成后没有遭受干扰，则可以透过岩石的 TCHUR 年龄推算出整个地壳的形成年龄。由于 Sm/Nd 都是稀土元素 (REE)，它们特有的固定比率可在硅酸盐岩变质和熔化过程中抵抗分割。因此，无论样本经历了什么变质作用，都可以计算出地壳形成的年龄。 尽管太古代岩体与 CHUR Nd 同位素演化线非常吻合，但 DePaolo 和 Wasserburg（1976 年）观察到大多数年轻的海洋火山岩（大洋中脊玄武岩和岛弧玄武岩）位于 CHUR 线以上 +7 至 +12 ɛ 单位处。这使得人们认识到，绘制在 CHUR 线误差范围内的太古代大陆火成岩可能位于一条亏损地幔演化线上，该线的特征是 Sm/Nd 和 143Nd/144Nd 比率随时间的增加。为了进一步分析太古代 CHUR 数据与年轻火山样本之间的差距，对科罗拉多前山脉 (爱达荷泉组) 的元古代变质基底进行了研究。

使用该曲线计算的 Sm-Nd 模型年龄表示为 TDM 年龄。 DePaolo (1981) 认为这些 TDM 模型年龄将比 TCHUR 模型年龄更准确地确定地壳形成年龄 - 例如，McCulloch 和 Wasserburg 的 Grenville 复合材料的异常低 TCHUR 模型年龄 0.8 Gy 被修改为 1.3 Gy 的 TDM 年龄，这是 Grenville 成年后的典型年龄。

参见

[编辑]
  • 放射性定年法

参考

[编辑]
  1. McCulloch, M. T.; Wasserburg, G. J. (1978). "Sm–Nd and Rb–Sr Chronology of Continental Crust Formation". Science. 200 (4345): 1003–11. Bibcode:1978Sci...200.1003M. doi:10.1126/science.200.4345.1003. PMID 17740673. S2CID 40675318.
  2. Chiera, Nadine M.; Sprung, Peter; Amelin, Yuri; Dressler, Rugard; Schumann, Dorothea; Talip, Zeynep (1 August 2024). "The 146Sm half-life re-measured: consolidating the chronometer for events in the early Solar System". Scientific Reports. 14 (1). doi:10.1038/s41598-024-64104-6. PMC 11294585.
  3. Villa, I.M.; Holden, N.E.; Possolo, A.; Ickert, R.B.; Hibbert, D.B.; Renne, P.R. (September 2020). "IUPAC-IUGS recommendation on the half-lives of 147Sm and 146Sm". Geochimica et Cosmochimica Acta. 285: 70–77. doi:10.1016/j.gca.2020.06.022. ISSN 0016-7037. OSTI 1644013.
  4. Kinoshita, N.; Paul, M.; Kashiv, Y.; Collon, P.; Deibel, C. M.; DiGiovine, B.; Greene, J. P.; Jiang, C. L.; Marley, S. T.; Pardo, R. C.; Rehm, K. E.; Robertson, D.; Scott, R.; Schmitt, C.; Tang, X. D.; Vondrasek, R.; Yokoyama, A. (30 March 2023). "Retraction". Science. 379 (6639): 1307. doi:10.1126/science.adh7739. PMID 36996231.
  5. Joelving, Frederik (30 March 2023). "One small error for a physicist, one giant blunder for planetary science". Retraction Watch. Retrieved 30 March 2023.
  6. Depaolo, D. J.; Wasserburg, G. J. (1976). "Nd isotopic variations and petrogenetic models" (PDF). Geophysical Research Letters. 3 (5): 249. Bibcode:1976GeoRL...3..249D. doi:10.1029/GL003i005p00249.
  7. Dickin, A. P., 2005. Radiogenic Isotope Geology, 2nd ed. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 0-521-82316-1 pp. 76–77.
  8. DePaolo, D. J. (1981). Neodymium isotopes in the Colorado Front Range and crust – mantle evolution in the Proterozoic. Nature 291, 193–197.
  9. 本文章来源为翻译自英文版维基百科，只是提供中文读者更方便，更详细内容请参考英文版维基百科的“钐钕测年法”请搜寻Samarium–neodymium dating，非恶意复制仅为学术用途。
检索自“https://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=Draft:钐钕测年法&oldid=86055140”