Содержание к диссертации
Введение 4
Глава I. Изотопный состав гелия, неона и аргона в мантии Земли ...10
Структура и состав мантии Земли 10
Благородные газы 14
1.2.1. Общие свойства 14
1.2.2. Краткая характеристика природных изотопов гелия, неона и
аргона 15
1.2.3. Благородные газы в мантии Земли 18
1.3. Субконтинентальная литосферная мантия как самостоятельный
геохимический резервуар благородных газов 35
Заключение 43
Глава II. Методы исследования и экспериментальные процедуры ...45
2.1. Принципы 40Аг-39Аг метода датирования и его преимущества при
изучении мантийных пород 45
Теоретические основы метода 45
Ядерные реакции, приводящие к образованию изотопов аргона в потокенейтронов 48
Оптимизация условий облучения минералов 55
Объекты, подходящие для датирования 40Аг-39Аг методом 56
Методика эксперимента при исследовании образцов из вулканических полей Саудовской Аравии 58
Метод ступенчатого дробления и методика эксперимента при анализе благородных газов в ксенолитах из вулканических полей Эйфеля и Паннонского бассейна 59
Глава III. Краткая геологическая характеристика районов исследования и минералого-петрографическое описание образцов ....62
Саудовская Аравия 62
Вулканические поля Центральной и Восточной Европы 67
Ксенолиты Сцентбекалла (Паннонский бассейн, Венгрия) 67
Ксенолиты вулкана Драйзер Вайер (Зап. Эйфель, Германия) 70
Глава IV. Результаты исследования мантийных ксенолитов и
мегакристов. роговых обманок из вулканических полей Саудовской
Аравии 73
Мегакристы роговых обманок 73
Перидотитовые ксенолиты 77
4.2.1. Паргаситовый лерцолит SA84-128/3 77
Оливиновый вебстерит SA84-63 83
Анализы валовых проб ксенолитов 86
4.3. Распределение аргона между разными фазами 86
Природа и хронология мантийного метасоматоза, зафиксированного ксенолитами Саудовской Аравии 88
Соотношение изотопного состава аргона и других летучих элементов (К,С1). 94
Заключение.-. 98
Глава V. Результаты исследования мантийных ксенолитов
Центральной и Восточной Европы 101
Гелий 103
Аргон-гелиевая систематика 104
Неон 105
Аргон 107
Неон-гелиевая систематика 108
Аргон-неоновая систематика ксенолитов Паннонского бассейна.... 112
Аргон-неоновая систематика ксенолитов Эйфеля 115
5.8. Природа фракционированных атмосферных и мантийных
компонентов благородных газов 117
5.9. Модель трехкомпонентного взаимодействия Plume-MORB-CKJIM. 122
Заключение 124
Список литературы 126
Приложение 137
Введение к работе
Изучение благородных газов позволяет получить информацию о ранней истории и составе Земли, а также о современных процессах, происходящих в земных недрах, знание о которых иначе недоступно. Например, присутствие солнечных гелия и неона в мантии Земли показывает, что наша планета захватила солнечные газы в процессе аккреции либо прямо из солнечной небулы, либо в результате имплантации солнечного ветра. Избытки радиогенных нуклидов (40Аг из 40К, 4Не и 21Ne из U и Th, 129Хе из короткоживущего 1291 и ксенона спонтанного деления 238U и короткоживущего 244Ри) указывают на масштабную дегазацию мантии, имевшую место на ранних этапах развития Земли, а также делают важный вклад в изучение ранней эволюции земной атмосферы. Наконец, различия в изотопном составе благородных газов мантии-источника MORB и источника плюмов тесно связаны со структурой и эволюцией мантии Земли. Это вносит свой вклад в обсуждение проблемы происхождения мантийных плюмов - связаны ли они с менее деплетированными и менее дегазированными (по сравнению с верхней мантией) глубинными резервуарами и требует ли их существование рассмотрения моделей послойной мантийной конвекции или же допускает полную конвекцию мантии.
Ответ на эти важные вопросы во многом зависит от правильной оценки изотопного состава благородных газов мантии Земли: как состава первичных изотопов, так и величины избытка радиогенных нуклидов редких газов, образовавшихся из разных (по времени жизни) материнских ядер. Все это требует проведения высокоточных анализов благородных газов в мантийных породах.
На сегодняшний день относительно хорошо установлен элементный и изотопный состав верхней мантии - источника базальтов срединно-океанических хребтов, в то время как характеристики благородных газов субконтинентальной литосферной мантии (СКЛМ) остаются дискуссионными. Небольшое количество существующих работ, которые главным образом сфокусированы на изучении гелия в СКЛМ, дают только общие представления об изотопной метке в этой части мантии. Открытыми остаются вопросы о латеральной и глубинной неоднородности изотопных меток благородных газов в континентальной литосферной мантии.
Актуальность работы. Работа представляется актуальной, поскольку является частью большого направления по изучению состава и структуры глобального геохимического резервуара — мантии Земли и направлена на исследование геохимической систематики таких уникальных трассеров природных геологических
процессов как благородные газы. Слабая изученность и большая редкость данных по изотопному составу благородных газов (прежде всего, аргона и неона) в СКЛМ, также делают работу актуальной. Кроме того, в ходе работы дальнейшее развитс получил Аг- Аг метод исследования - в приложении к изучению поведения аргона в процессе мантийного метасоматоза.
Цели и задачи работы. Целью настоящего исследования было выявление закономерностей распределения изотопов аргона и легких благородных газов (Не и Ne) в породах субконтинентальной мантии и их поведения в мантийных процессах.
В частности, на одном из объектов - вулканическом поле Увэйрид (Саудовская Аравия) - изучалось геохимическое поведение аргона в процессе мантийного метасоматоза. Аргон в мантийных образцах обычно является сложной смесью, состоящей из разных пропорций in situ радиогенного 40Аг, мантийного (верхне- и/или нижнемантийного) и атмосферного компонент. Разделение этих составляющих имеет решающее значение для надежного определения их источников или процессов, приводящих к смешению разных компонентов аргона, и времени образования минералов и пород. В связи с этим были поставлены следующие задачи:
подобрать образцы мантийных ксенолитов, метасоматизированных в разной степени при взаимодействии с разными метасоматическими агентами;
отобрать мономинеральные фракции и подготовить их вместе с валовыми пробами для изотопных анализов;
40 а 39 »
изучить изотопный состав аргона Аг- Аг-методом исследования;
