Страница 2 из 3
В изотопно-геохимической литературе в течение нескольких десятилетий обсуждается так называемый первый парадокс изотопного состава свинца: изотопные составы свинца земных пород не попадают на мантийную изохрону, соответствующую этому возрасту, а располагаются справа от нее. Рассмотренные выше две модели аккреции Земли различаются принципиально.
Стало быть принципиально должны быть отличны и модели эволюции изотопных систем. При определении возраста древнейших пород необходимо учитывать ненадежность обоснования существующей модели эволюции изотопных систем. Не являются однозначными и представления о изотопно-геохимический модели строения и эволюции мантии Земли. Общепринятые в настоящее время модели мантии Земли (
Де Паоло, Вассербург, 1976; Тацумото и др., 1981) предполагают, что Sm - Nd система примитивной мантии Земли отвечает хондритовому однородному резервуару с современными значениями Sm - Nd = 0,325 и 143 N d / 144N d =0,512638. В Lu = Hf изотопной системе в качестве оценки для примитивной мантии принимаются данные Тацумото и др., полученные ими для хондритов: Lu - Hf =0,235 и 176 Hf -177 Hf =0,28286.
В Rb - Sr и U - Pb изотопных системах такого соответствия между составом мантии и хондритами не наблюдается: в хондритах Rb - Sr отношения выше примерно на порядок, чем в земной мантии, а U - Pb отношения - на порядок ниже. Тем не менее остается общепринятым, что вышеприведенные изотопные отношения для земной мантии равны хондритовым. Это предположение никогда не было строго доказанным, и по мере накопления изотопных данных для пород мантийного происхождения порождает нарастающее количество противоречий (Костицын, 2003).
Если примитивная мантия существует, и доля ее по разным оценкам составляет от половины до 3/4 массы всей мантии, то логично было бы ожидать частую встречаемость пород с ее изотопными метками. Наблюдался бы устойчивый кластер в изотопных координатах для пород, источником которых послужила необедненная мантия. Однако, это не так, и геологическое сообщество молчаливо признает это обстоятельство, не используя для оценок модельного возраста субстрата пород геохимические модели, основанные на предположении хондритового однородного резервуара.
Несмотря на вышеуказанное замечание, наиболее популярные сегодня изотопно- геохимические модели эволюции мантии Земли основаны на хондритовой гипотезе состава примитивной мантии. В этой модели обедненная мантия возникает как результат экстракции земной коры, а различные резервуары или аномалии (геохимические) - есть результат корового рециклинга.
Однако, совместный анализ изотопных и геохимических данных показывает наличие серьезных проблем в вопросе универсальности корового рециклинга как причины изотопных вариаций различных элементов в мантийных породах. Потенциальные конечные члены смешения: истощенная мантия и земная кора не прослеживаются в большинстве изотопных координатах и других изотопных системах.
Подводя итог, подчеркнем: наиболее популярные, практически общепринятые, изотопно-геохимические модели аккреции Земли, а также строения и эволюции мантии несут в себе существенные погрешности, которые, конечно же, определяют степень достоверности основанных на них моделей эволюции изотопных систем. Часть третья. Многочисленные изотопные определения возраста Земли получены на основании геохронологических исследований древнейших пород Земли.
Такие породы слагают так называемые древние кристаллические щиты, образующие ядра всех континентов: Балтийский щит, Канадский, Алданский и другие щиты. Эти структуры сложены неоднократно метаморфизованными комплексами (метаморфизм-преобразование пород под действием температуры, давления и флюидных потоков, несущих различные газовые компоненты).
Различают наиболее ранний метаморфизм гранулитовой фации ( Т=780-570 С; Р=12 -7 кбар), сопровождающийся деформациями в виде мелких лежачих изоклинальных складок и мигматизациеи (частичным подплавлением и пластическим течением вещества). Затем следуют: высокотемпературный метаморфизм амфиболитовой фации с существенным изменением состава минералов ( Т= 600 - 750 С; Р= 8-9 кбар)
; средне-температурный метаморфизм амфиболитовой фации и мигматизация под действием флюидных потоков ( Т=600 - 550; Р=5.5-6.5 кбар); изменение пород в зоне гипергенеза ( на поверхности Земли). Для определения возраста этих древнейших пород используется преимущественно уран-свинцовая геохронологическая система, особенно для минералов с высоким значением m =238 U 204РВ (
цирконы, бадделииты, монациты и другие минералы-геохронометры). Данные уран-свинцовой геохронологической системы являются основным инструментом для решения задач геодинамики, стратиграфии, тектоники, метаморфизма, включая температурно-временную эволюцию геологических комплексов. Часть 4 . Конец 20 и начало 21 века ознаменованы всплеском геохронологических исследований, резким увеличением числа изотопных датировок, выполненными разнообразными методами: U - PB , Sm - Nd , Ar - Ar , Rb - Sr , К- Ar и другими.
Параллельно накапливается большой объем палеонтологической информации. Следствием этих процессов является рост числа противоречий между определениями, полученными разными авторами и выполненными различными методами и в различных лабораториях. Появляется все больше случаев (Крук, 2003), когда по одному и тому же геологическому объекту имеется несколько взаимоисключающих датировок, что позволяет исследователям относиться к ним с известной вольностью, принимая одни и отвергая другие без достаточных оснований из одних лишь общих соображений.
Наиболее ответственные исследователи ищут выходы из этого положения, акцентируя внимание на наиболее сложных вопросах геохронологических исследований. Рассмотрим некоторые проблемы U - Pb метода: 1.Усовершенствование экспериментальных методов анализа обеспечивает прогресс вышеуказанных направлений. Однако интерпретация полученных данных не всегда соответствует их качеству.
Использование различных методических приемов для получения конкордантных (совпадающих) значений возраста в значительной степени (но не полностью) освобождает от необходимости объяснения природы дискордантных значений, что существенно обедняет возможности уран-свинцовой геохронологии. График с конкордией представляет возможность формально и по существу анализировать экспериментальные данные (преимущественно дискордантные)
в рамках известного треугольника с вершинами, отвечающими событиям кристаллизации, метаморфизма и современного выноса радиогенных изотопов свинца. Однако, судя по имеющимся данным, указанные выше фиксированные значения времени превращаются в отрезки времени. Так, отрезок времени, соответствующий кристаллизации, возникает за счет за счет унаследованного минерала, метаморфических потерь, непосредственно следующих за кристаллизацией, непрерывного роста минерала в продолжающемся процессе кристаллизации, Также и время метаморфизма редко включает конкордантную точку, отвечающую событию образования метаморфогенного минерала.
Наконец, время гипергенеза по-видимому далеко не всегда соответствует нулевому моменту времени, а может начаться за несколько десятков (сотен!) миллионов лет до t = 0, при выходе минералов в зону выветривания. 2. Неоднозначны объяснения происхождения сторон изотопного треугольника. Здесь существуют различные концепции, базирующиеся на анализе сложного комплекса данных.
Подавляющее число экпериментальных данных находится внутри треугольника (точки треугольника отвечают: кристаллизации, метаморфизму и современному выносу радиогенных изотопов свинца). Любая выбранная точка может лежать на одной из шести линий, связывающих стороны или стороны и вершины треугольника, но только одна имеет физический и геологический смысл, которая связывает точку t >>0 с линией кристаллизация-метаморфизм.
Попытки построить по случайно выбранным точкам, используя статистические критерии прямые линии: дискордии, хорды, регрессии, изохронны внутри треугольника и продолжить эти линии за его пределы с целью определения значения верхнего пересечения, которому приписывается геологический смысл в большинстве случаев непродуктивны! Обычным результатом таких построений является нижние пересечения с конкордией, которые не имеют геологического смысла!
Примеры таких построений достаточно многочисленны. Существует ряд формальных моделей для описания поведения U - Pb системы в посткристаллизационное время, которые должны быть адекватны реальным геологическим событиям и /или процессам (Левский, 2003). Модель импульсных потерь используется для сравнительно кратковременных потерь радиоактивных изотопов.