III. ĐồNG Vị PHóNG Xạ TRONG NGHIÊN CứU THạCH LUậN NGUồN GốC.
b- Hệ thống đồng vị Sm Nd.
Sm147 phân rã cho Nd143 với chu kỳ bán phân rã là 106 tỷ năm (hằng số phân rã λ = 6,54.10-12 năm-1 ). Do chu kỳ bán phân rã dài, mọi thay đổi trong thành phần đồng vị Nd là rất nhỏ, đòi hỏi các phép đo có độ chính xác cao. Cả Sm và Nd đều là các nguyên tố đất hiếm trung bình. Nhìn chung các đất hiếm có hóa trị +3, loại trừ trong một số trờng hợp Eu có hóa trị +2 (Eu+2) và Ce có hóa trị +4 (Ce+4). Sự khác biệt về hóa học giữa các nguyên tố đất hiếm chính là bán kính ion, nó giảm dần một cách hệ thống từ 1,15A0 đối với La (số thứ tự 57) tới 0,93A0 đối với Lu (số thứ tự 71). Các nguyên tố đất hiếm tạo mối liên kết đồng hóa trị chủ yếu với Oxygen (O) trong Trái đất, và chính bán kính ion của chúng là yếu tố trọng yếu quyết định hành vi địa hóa của chúng. Nh vậy, có sự thay đổi một cách hệ thống về hàm lợng của các nguyên tố đất hiếm trong các đá, khoáng vật và dung dịch. Bán kính ion của Sm và Nd chỉ khác biệt nhau khoảng 0,04A0 (Nd = 1,08A0, Sm = 1,04A0). Bán kính ion và điện tích tơng đối cao của các nguyên tố đất hiếm làm cho chúng khó thay thế trong nhiều ô mạng khoáng vật. Chúng có thể đợc xem nh các nguyên tố không tơng hợp (incompatible) trung
bình, trong đó Nd kém tơng hợp hơn Sm. Ce là nguyên tố đất hiếm phổ biến nhất và trong trơõng hợp hãn hữu có thể tạo nên khoáng vật riêng mình. Trong những khoáng vật mafic, các nguyên tố đất hiếm nhẹ có bán kính ion lớn hơn có xu h - ớng bị loại trừ hơn so với các nguyên tố đất hiếm nặng. Nhng trong plagioclas nhóm đất hiếm nặng bị loại trừ hơn cả (mặc dù hệ số phân bố của chúng nhìn chung không vợt quá 0,1). Hóa trị cao của các nguyên tố đâởt hiếm tạo nên các kiên kết hóa học tơng đối mạnh, bởi vậy chúng có độ hòa tan thấp và tính linh động (mobility) cũng thấp.
Những nguyên tố đất hiếm là những nguyên tố bền vững (có áp suất hơi thấp và điểm nóng chảy thấp), nên có thể giả thiết rằng hàm lợng tơng đối của chúng trong Trái đất tơng tự nh trong thiên thạch chondrit, tỷ số Sm147/Nd144 của Trái đất chính bằng giá trị của chondrit (≈ 0,1967) tơng ứng với tỷ số Sm/Nd ≈ 0,32. Có thể quan niệm đợc rằng hệ thống Mặt Trời đã thống nhất về mặt đồng vị khi Trái đất đợc thành tạo. Tỷ số Nd143/Nd144 ban đầu của Trái đất giống hệt tỷ số Nd143/Nd144 ban đầu của hành tinh khác đợc thành tạo 4,55 tỷ năm trớc đây. Nh vậy, tỷ số Nd143/Nd144 ban đầu và tỷ số Sm/Nd của tất cả các vật thể trong hệ thống Mặt Trời là nh nhau, và tỷ số Nd143/Nd144 hiện tại cũng nh nhau, do thực chất chúng là hệ thống đóng kín.
Tính chất tơng tự về hành vi hóa học của Sm và Nd có nghĩa là sự thay đổi trong tỷ số Sm/Nd và Nd143/Nd144 về cơ bản là nhỏ. Chính sự thay đổi hạn chế trong tỷ số Sm/Nd là hạn chế chính của hệ thống đồng vị Sm - Nd trong địa niên đại. Tuy nhiên, sự biến thiên tỷ số Sm/Nd là lớn nhất trong các đá mafic và siêu mafic, và nhỏ nhất trong các đá acid. Sự chênh lệch tơng đối rộng về tỷ số Sm/Nd có thể nhận đợc nếu nh granat hoặc đá chứa granat nằm trong các mẫu phân tích. Granat có tỷ số Sm/Nd tơng đối cao. Các ấn nhập của plagioclas và pyroxen cũng có thể tạo ra tỷ số Sm/Nd chênh lệch. Sự biến thiên của tỷ số Sm/Nd và tỷ số Nd143/Nd144 khá nhỏ có thể gây nên các giá trị tuổi sai lệch.
Điểm u việt nhất của hệ thống đồng vị Sm - Nd chính là tính không linh động (immobility) của những nguyên tố này. Bởi vậy, đồng hồ đồng vị Sm - Nd t- ơng đối ổn định trớc tác động của các quá trình biến đổi và biêởn chất thấp. Tóm lại, hệ thống đồng vị Sm - Nd thờng đợc lựa chọn cho các đá magma mafic và cả cho các đá đã trải qua quá trình biến đổi và biến chất mức độ thấp.