Question

Nd 同位素演化

Answer 1

Nd同位素地球化学研究涉及3个方面内容:地球的初始¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd值，地幔和地壳钕同位素演化。

1.地球的初始¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd值

D.J.Depaolo和G.J.Wasserburg(1976)对世界不同地区古老岩石样品的Sm－Nd同位素的研究表明，在以年龄为横坐标和初始¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd值为纵坐标的图中，这些样品均呈线性关系，根据这条直线斜率求出的Sm/Nd值与球粒陨石的Sm/Nd值相一致。尽管一些样品的投影点稍有偏离球粒陨石的演化线，但大于25亿年的样品都能很好落在这一直线上。这表明地球与球粒陨石的初始¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd值非常相似，因而可以用球粒陨石的初始¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd值代表地球形成时的钕同位素组成。基于这一思想，经测定的Juvinas玄武质无球粒陨石(Lugmair等，1975)和Angra－dos－Reis辉石无球粒陨石的初始¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd值(Lugmair等，1977)，分别为0.50677±0.00010和0.50682±0.00005，两者均在实验误差范围内，现在采用前者的测定值(0.50677±0.00010)作为地球的初始¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd值。

2.地幔和地壳钕同位素演化

地幔中的钕同位素组成并不均一。地幔钕同位素的演化有两种模式。

1)单阶段演化模式:它是由G.W.Luymair等(1976)根据大洋地区新生代玄武岩的钕同位素研究提出的。其观点是:假定大洋地幔从地球形成时开始一直对Sm和Nd保持着封闭状态，连接新生代玄武岩和地球的初始钕同位素组成得出一个称之为NDOB的带，它代表大洋地幔的钕同位素演化。目前测定的大多数地幔的来源岩石钕同位素组成均分布在这个带的附近。

2)两阶段演化模式:它是由P.Richard等(1976)提出的。根据已有各种幔源岩石的钕同位素资料，他们推测:地球在45.5亿年前的初始¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd值，与Juvinas玄武质无球粒陨石(0.50677±0.00010)接近一致;地幔具有球粒陨石的Sm/Nd比，在t年前一直对Sm、Nd保持封闭，在t时地幔的不同部分由于化学分异作用出现不同的Sm/Nd比;现今玄武岩浆是由t年前分异的地幔不同部分经部分熔融形成的。由于地幔在岩浆分异时对Sm和Nd不保持封闭状态，所以两阶段演化模式更能反映地幔钕同位素的演化特征。但是，在实际工作中仍有许多问题有待深入研究。地壳中钕同位素演化十分复杂。总的趋势是:由地幔分异形成的地壳物质比地幔相对富集Sm和Nd，但Sm/Nd较地幔低得多。这表明在大陆壳形成过程中，地幔Nd比Sm更容易向地壳迁移。所以地壳物质的钕同位素演化，即¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd的增长速度比地幔慢得多，其演化曲线的斜率比地幔小。

图2－4中，黑色箭头代表球粒陨石均一库(CHUR)钕同位素的演化线，至今(¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd)_CHUR(0)=0.511836(现代值)。最上部的阴影区代表地幔物质的演化。不同时间新生地壳物质的¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd演化分别用细实线表示。

图2－4 地球的钕同位素演化示意图