bài giảng thạch luận các đá magma chương 10 đồng vị (isotopes)

Chương 10 Đồng vị (Isotopes) Chương 10 Đồng vị (Isotopes) Có cùng số thứ tự Z (số proton), nhưng khác nhau Có cùng số thứ tự Z (số proton), nhưng khác nhau về khối lượng nguyên tử A (số lượng neutron khác về khối lượng nguyên tử A (số lượng neutron khác nhau) nhau) Đồng vị Đồng vị Ví dụ cho một Nuclide: Ví dụ cho một Nuclide: 6 = Z 6 = Z 14 = A = p + n 14 = A = p + n 6 6 14 14 C C Do số neutron Do số neutron n n thay đổi thay đổi → → có các đồng vị khác có các đồng vị khác nhau nhau 12 12 C C 13 13 C C 14 14 C C Đồng vị bền (Stable Isotopes) Đồng vị bền (Stable Isotopes)  Bền: Không thay đổi theo thời gian Bền: Không thay đổi theo thời gian  Không phân dị về mặt hóa học Không phân dị về mặt hóa học  Chỉ phân dị về khối lượng Chỉ phân dị về khối lượng Ví dụ: Đồng vị Oxy Ví dụ: Đồng vị Oxy Hàm lượng đồng vị oxy được sử dụng trong chuẩn hóa Hàm lượng đồng vị oxy được sử dụng trong chuẩn hóa quốc tế là: quốc tế là: Nước đại dương trung bình chuẩn hóa = Nước đại dương trung bình chuẩn hóa = standard standard mean ocean water (SMOW) mean ocean water (SMOW) 16 16 O O 99.756% trong oxy tự nhiên 99.756% trong oxy tự nhiên 17 17 O O 0.039% 0.039% “ “ 18 18 O O 0.205% 0.205% “ “ 18 18 O O và và 16 16 O O là các đồng vị thường được sử là các đồng vị thường được sử dụng và tỷ lệ của chúng ký hiệu dụng và tỷ lệ của chúng ký hiệu δ δ : : δ ( δ ( 18 18 O/ O/ 16 16 O) = O) = eq eq 9−10 9−10   kết quả tính theo phần nghìn (‰) kết quả tính theo phần nghìn (‰) ( ( O/ O/ O) O) ( ( O/ O/ O) O) ( ( O/ O/ O) O) x x 1000 1000 18 18 16 16 sample sample 18 18 16 16 SMOW SMOW 18 18 16 16 SMOW SMOW − − Giá trị Giá trị δ δ của SMOW là bao nhiêu?? của SMOW là bao nhiêu?? Giá trị Giá trị δ δ của nước khí tượng là bao nhiêu? của nước khí tượng là bao nhiêu? Giá trị Giá trị δ δ của nước khí tượng là bao nhiêu? của nước khí tượng là bao nhiêu? Nước biển bốc hơi Nước biển bốc hơi → → hơi nước (mây) hơi nước (mây)  Các đồng vị nhẹ được làm giàu trong hơi nước Các đồng vị nhẹ được làm giàu trong hơi nước hơn là chất lỏng hơn là chất lỏng  Được sử dụng rất hữu hiệu vì khác biệt khối Được sử dụng rất hữu hiệu vì khác biệt khối lượng lượng ∆ ∆ = 1/8 tổng khối lượng = 1/8 tổng khối lượng  δ δ = =  Do vậy Do vậy  ∆ ∆ mây mây có giá trị (-) có giá trị (-) ( ( O/ O/ O) O) ( ( O/ O/ O) O) ( ( O/ O/ O) O) x x 1000 1000 18 18 16 16 vapor vapor 18 18 16 16 SMOW SMOW 18 18 16 16 SMOW SMOW − − ( ( O/ O/ O) O) 18 18 16 16 Vapor Vapor ( ( O/ O/ O) O) 18 18 16 16 SMOW SMOW < < Hình 9-9. Tương quan giữa d( 18 O/ 16 O) và nhiệt độ trung bình năm đối với nước khí tượng, theo Dansgaard (1964). Tellus, 16, 436-468.  Đồng vị O và H – nước có nguồn gốc trẻ >< Đồng vị O và H – nước có nguồn gốc trẻ >< nước khí tượng >< nước biển nước khí tượng >< nước biển  δ δ 18 18 O đối với các đá nguồn gốc manti O đối với các đá nguồn gốc manti ≠ ≠ các đá các đá trầm tích hình thành do các quá trình trên mặt: trầm tích hình thành do các quá trình trên mặt: đánh giá sự hỗn nhiễm của các đá magma đánh giá sự hỗn nhiễm của các đá magma nguồn manti gây ra bởi các trầm tích nguồn gốc nguồn manti gây ra bởi các trầm tích nguồn gốc vỏ vỏ Các đồng vị bền được sử dụng hữu hiệu trong Các đồng vị bền được sử dụng hữu hiệu trong đánh giá sự tham gia của các nguồn chứa khác đánh giá sự tham gia của các nguồn chứa khác nhau, với các đặc trưng đồng vị khác nhau nhau, với các đặc trưng đồng vị khác nhau Đồng vị phóng xạ (Radioactive Đồng vị phóng xạ (Radioactive Isotopes) Isotopes)  Các đồng vị không bền vững phân rã thành Các đồng vị không bền vững phân rã thành các hạt nhân khác các hạt nhân khác  Tốc độ phân rã là hằng số, không phụ thuộc Tốc độ phân rã là hằng số, không phụ thuộc vào các điều kiện P, T, X… vào các điều kiện P, T, X…  Nuclide Nuclide mẹ mẹ = nuclide = nuclide phóng xạ, phân rã phóng xạ, phân rã  Các nuclide Các nuclide con con là các sản phẩm là các sản phẩm nguyên tử nguyên tử phóng xạ phóng xạ Các biến đổi về đồng vị giữa các đá do: Các biến đổi về đồng vị giữa các đá do: 1. Phân dị khối lượng 1. Phân dị khối lượng ( ( Mass fractionation Mass fractionation – – thường cho các đồng vị bền) thường cho các đồng vị bền) Chỉ ảnh hưởng đến các đồng vị nhẹ: H He C O S Chỉ ảnh hưởng đến các đồng vị nhẹ: H He C O S [...]... bền sẵn có trong đá? Hệ đồng vị K-Ar K → 40Ca hoặc 40Ar 40 Ca là đồng vị bền phổ thông, không thể phân biệ với đồng vị tạo ra do quá trình phân rã phóng xạ 40 Ar là khí trơ bị giữ lại trọng các pha rắn trong quá trình thành đá 40 - Khi các đá nóng lên, tất cả Ar sẽ thoát ra, “ resetting đồng hồ phóng xạ” - tất cả các đồng vị sản phẩm đều bị mất đi - Khi hình thành các đá núi lửa, đồng hồ được cài đặt... 206Pb, 207Pb, và 208Pb Chỉ có 204Pb là đồng vị bền U, Th, và Pb là các nguyên tố không tương thích, & tập trung chủ yếu từ các dung thể nóng chảy sớm Thành phần đồng bị của Pb trong các đá = hàm số của U → 234U → 206Pb (λ = 1.5512 x 10- 10 a-1) 235 U → 207Pb (λ = 9.8485 x 10- 10 a-1) 232 Th → 208Pb (λ = 4.9475 x 10- 11 a-1) 238 Hệ đồng vị U-Pb-Th Concordia = tiến hóa đồng thời của 206Pb và 207Pb qua: U →... của các nuclide được tạo ra N Số lượng của các nuclide ban đầu còn lại λ hằng số phân rã (hay bán rã) Hạn chế của phương pháp: Các đá trẻ: khó xác định số lượng chính xác của các nuclide con Các đá rất cổ: không xác định số lượng chính xác các nuclide ban đầu còn lại Độ chính xác phụ thuộc vào hằng số phân rã Lambda Làm thế nào để phân biệt được các đồng vị con được tạo ra do phân rã và các đồng vị. .. basalt 40 Tỷ lệ 40Ar/39Ar cũng sẽ khác nhau giữa basalt và rhyolite Các biến đổi về đồng vị giữa các đá do: 1 Phân dị khối lượng (Mass fractionation – thường cho các đồng vị bền) 2 Các đồng vị con được tạo ra các thay đổi trước đó liên quan tới phân dị hóa học 3 Thời gian Quá trình phân rã 40K → 40Ar càng kéo dài, sự khác biệt về đồng vì giữa basalt và rhyolite càng lớn Isotopic variations between... 147 λ = 6.54 x 10- 13 a-1 (chu trình bán rã 106 Ga) Công thức phân rã tương quan với đồng vị bền 144Nd 143 Nd/144Nd = (143Nd/144Nd)o + (147Sm/144Nd)λt Đường tiến hóa ngược so với Rb - Sr Hình 9-15 Tiến hóa đồng vị Nd của manti trên tại 3 tỷ năm, theo Wilson (1989) Igneous Petrogenesis Unwin Hyman/Kluwer Hệ đồng vị U-Pb-Th Cực kỳ phức tạp 3 đồng vị phóng xạ của U: 234U, 235U, 238U 3 đồng vị phóng xạ của.. .Các biến đổi về đồng vị giữa các đá do: 1 Phân dị khối lượng (Mass fractionation – thường cho các đồng vị bền) 2 Các đồng vị con được tạo ra các thay đổi trước đó liên quan tới phân dị hóa học K → 40Ar do phân rã phóng xạ 40 Basalt → rhyolite phân dị kết tinh FX (quá trình... lại và 40Ar nằm trong đá sau thời điểm đó phải là sản phẩm của phân rã 40K Công thức phân rã :  λe  40 Ar = 40Aro +  λ    K(e-λt -1) 40 Trong đó λe = 0.581 x 10- 10 a-1 (các proton bị giữ lại) λ = 5.543 x 10- 10 a-1 (cả quá trình) Nhiệt độ đóng đối với các khoáng vật khác nhau Phương pháp 40Ar-39Ar phát triển từ các phát hiện này Hệ đồng vị Sr-Rb • Rb → 87Sr + β 87 (λ = 1.42 x 10- 11 a-1) • Hành vi... cùng nguồn gốc trở lên có Rb/Sr Có thể là: • 3 đá có cùng nguồn gốc từ một dung thể phân dị bởi nóng chảy từng phần hoặc phân dị kết tinh, • 3 khoáng vật cùng tồn tại trong đá với các tỷ lệ K/Ca khác nhau Công thức tính tuổi có thể khai triển bằng cách chia cho số lượng đồng vị 86Sr Sr/86Sr = (87Sr/86Sr)o + (87Rb/86Sr)(eλt -1) 87 λ = 1.4 x 10- 11 a-1 Đối với các giá trị λt nhỏ hơn 0.1: eλt-1 ≅ λt Do vậy... 206Pb 235 U → 207Pb 238 Figure 9-16a Biểu đồ Concordia của tiến hóa đồng vị Chì từ 2.5 tỷ năm với quá trình phân rã đồng vị chì đơn giản , theo Faure (1986) Principles of Isotope Geology 2nd, ed John Wiley & Sons New York Hệ đồng vị U-Pb-Th Discordia = mất đi của cả Pb and 207Pb do biến đổi nhiệt (biến chất) sau khi kết tinh 206 Hệ đồng vị U-Pb-Th Biểu đồ Concordia sau 3.5 Ga tiến hóa 3.5 Ga = Tuổi kết... tiến hóa đồng vị Rb và Sr của manti trên, với giả thiết quá trình nóng chảy tạo ra vỏ lục địa tại 3 tỷ năm, theo Wilson (1989) Igneous Petrogenesis Unwin Hyman/Kluwer Hệ đồng vị Sm-Nd Cả hai nguyên tố Sm and Nd là đất hiếm nhẹ LREE Các nguyên tố không tương thích nên có xu hướng tập trung trong dung thể Nd có NTL thấp hơn Z → nên dễ tập trung vào dung thể hơn Sm trong các hợp phần nóng chảy và các dung . thường cho các đồng vị bền) thường cho các đồng vị bền) Chỉ ảnh hưởng đến các đồng vị nhẹ: H He C O S Chỉ ảnh hưởng đến các đồng vị nhẹ: H He C O S Các biến đổi về đồng vị giữa các đá do: Các biến. các đồng vị con được tạo Làm thế nào để phân biệt được các đồng vị con được tạo ra do phân rã và các đồng vị bền sẵn có trong đá? ra do phân rã và các đồng vị bền sẵn có trong đá? Hệ đồng vị. rã  Các nuclide Các nuclide con con là các sản phẩm là các sản phẩm nguyên tử nguyên tử phóng xạ phóng xạ Các biến đổi về đồng vị giữa các đá do: Các biến đổi về đồng vị giữa các đá do: 1.