III. ĐồNG Vị PHóNG Xạ TRONG NGHIÊN CứU THạCH LUậN NGUồN GốC.
b- Sự hỗn nhiễm (contamination).
* Sự hỗn nhiễm magma bởi vỏ lục địa.
Sự hỗn nhiễm vỏ có một số nội dung khác nhau. Thông thờng đó là sự hỗn nhiễm của các dung thể magma nguồn manti bởi vỏ lục địa ngay sau khi chúng tách khỏi miền nguồn. (Hawkesworth và Van Calsteren, 1984). Tuy nhiên, cũng có thể hiểu hơi khác một chút, đó là miền nguồn manti mà từ đó magma đã sinh thành đã bị hỗn nhiễm bởi vật chất vỏ một thời gian sau đó, thí dụ bởi sự tham gia của trầm tích bị hút chìm vào trong manti. Thực tế, không phải dễ dàng phân biệt đợc 2 quá trình này theo đặc điểm địa hóa học của đá, bởi lẽ sự hỗn nhiễm của vỏ có thể xảy ra bằng những con đờng khác nhau, bao gồm: sự đồng hóa tổng thể của vật liệu vỏ, sự đồng hóa của quá trình nóng chảy từng phần bắt nguồn từ vật liệu vỏ và sự trao đổi có chọn lọc của các nguyên tố riêng biệt đ ợc gây ra bởi sự di chuyển của chất lỏng từ vỏ tới dung thể. Các dạng đá phân dị cao hơn của tổ hợp đá magma có nhiều khả năng chỉ ra đặc điểm của quá trình hỗn nhiễm, do chúng tồn tại lâu hơn trong vỏ lục địa.
Nhóm đồng vị bền, đặc biệt là đồng vị oxy (O18/O16), rất nhạy cảm đối với quá trình hỗn nhiễm vỏ. Đồng vị phóng xạ Nd kém nhạy cảm đối với quá trình này, còn đồng vị Sr và đặc biệt là đồng vị Pb lại có ý nghĩa trong việc nghiên cứu quá trình đồng hóa - hỗn nhiễm magma (hình IV.13).
Rất khó phân biệt quá trình hỗn nhiễm trong miền nguồn với sự hỗn nhiễm xảy ra trong quá trình di chuyển của magma qua vỏ lục địa khi sử dụng biểu đồ tơng quan đồng vị đơn thuần, mà cần phải có các thông tin bổ xung (nh việc nghiên cứu đồng vị bền và các biểu đồ tơng quan đồng vị nguyên tố vết v.v...)
* Sự hỗn nhiễm vỏ và quá trình AFC.
tinh phân đoạn (Fractional Crystallisation) - AFC là cơ chế phổ biến đối với sự hỗn nhiễm, có thể làm thay đổi thành phần trên biểu đồ tơng quan đồng vị khác biệt hẳn so với quá trình trộn lẫn đơn giản. Trên biểu đồ tơng quan đồng vị Nd - Sr quá trình trộn lẫn đơn giản thể hiện xu hớng đờng thẳng giữa magma và sản phẩm hỗn nhiễm; còn quá trình AFC với hệ số phân bố lỏng / rắn của Nd và Sr khác biệt lại thể hiện sự sai lệch rõ rệt so với đờng cong trộn lẫn đơn giản.
* Sự hỗn nhiễm với nớc biển.
Tỷ số Sr87/Sr86 của nớc biển cao hơn so với các giá trị của manti nh đã thấy trong các basalt đại dơng. Sự trao đổi Sr giữa nớc biển và vỏ đại dơng trong hệ thống dãy núi giữa đại dơng (MOR) tạo ra các tỷ số Sr87/Sr86 tơng tự, thậm chí trong các đá basalt MORB trẻ và các sulfit liên quan với chúng. Ng ợc lại, do các đồng vị Nd tơng đối kém nhạy cảm đối với kiểu hỗn nhiễm này, nên trên biểu đồ Nd - Sr khi tỷ số Sr87/Sr86 tăng cao, thì tỷ số Nd143/Nd144 lại không thay đổi. Độ dài của vectơ tỷ lệ với tỷ lệ khối lợng tác dụng nớc / đá. Đồng vị Pb còn kém nhạy cảm hơn, không thể đa ra đợc dẫn chứng về sự hỗn nhiễm của nớc biển, nh đối với đồng vị Sr.
Ngoài ra, sự đối sánh giữa tỷ số đồng vị với tỷ số của các nguyên tố không tơng hợp cao (HICE) có thể chỉ ra quá trình trộn lẫn giữa các miền nguồn có thành phần khác biệt. Tuy nhiên, những biểu đồ trộn lẫn kiểu này có thể dẫn tới sự sai lệch do dùng mẫu số chung (Dodsm, 1982). Một điều cần bổ sung cho biểu đồ Sr87/Sr86 ∼ I/Sr là, trong trờng hợp của dung nham basalt đã trải qua quá trình kết tinh phân đoạn và đồng hóa vỏ (AFC), thì thành phần đồng vị của sản phẩm hỗn nhiễm không thể nằm trên quỹ đạo tiến hóa magma. Nh vậy, xu hớng trộn lẫn đờng thẳng không thể sử dụng để xác định thành phần của sản phẩm bị hỗn nhiễm đợc.
1 1 1 3 1 5 1 71 3 1 3 1 4 1 5 2 0 6P b / 2 0 4P b 20 7 Pb / 20 4 Pb 3 . 7 t ỷ n ă m 2 . 8 5 t ỷ n ă m 0 t ỷ n ă m P N M A M a g ma t á ch r a từ m a nt i t ạ i 3 ,7 t ỷ n ă m M ag m a bị h ỗ n nh iễ m đ ợc t h à n h t ạ o t ạ i 2 , 8 5 t ỷ n ă m M ag m a t ác h r a từ m a n ti t ạ i 2 ,8 5 t ỷ n ă m Đ ờ n g t ă ng t r ở ng 1 g iai đ o ạ n v ớ i à17 , 48 Đ ờ n g p h a tr ộ n
Hình IV.13. Sự tiến hóa đồng vị của các đồng vị Pb trên biểu đồ Pb207/Pb204 ~ Pb206/Pb204 nh đã đợc mô tả trong hình IV.11 chỉ rõ tác dụng của quá trình hỗn nhiễm vỏ đối với dung thể nguồn manti. Đ - ờng cong tăng trởng một giai đoạn với à1 = 7,48. Tại thời điểm 3,7 tỷ năm magma đợc tách ra khỏi nguồn manti và tiến hóa dọc theo một loạt đờng cong tăng trơóng với giá trị trung bình à2 = 1,16 chỉ thị cho đặc tính rất nghèo U. Thành phần hiện tại của mẫu nằm ở điểm mút của đ ờng cong nối liền 2 điểm 3,7 tỷ năm và 0 tỷ năm. ở thời điểm 2,85 tỷ năm thành phần trung bình của các đá gneis biểu diễn tại điểm A. Nguồn manti với à1 = 7,48 có thành phần tại điểm N ở thời điểm 2,85 tỷ năm và dung thể magma tách ra từ nguồn manti tại thời điểm này sẽ nằm dọc theo đờng thẳng giữa N và 0 tỷ năm. Magma tách ra từ manti ở thời điểm 2,85 tỷ năm và magma bị hỗn nhiễm bởi vỏ có tuổi 3,7 tỷ năm cũng tại thời điểm 2,85 tỷ năm sẽ nằm trên đờng pha trộn AN tại điểm M. Các đá kết tinh từ dung thể magma này (M) sẽ tiến hóa dọc theo đờng MP (theo Taylor và nnk, 1980).
6- Địa động lực manti - vỏ (Mantle - Crust geodynamic)
Kết quả cơ bản của việc xác định các miền nguồn đồng vị vỏ và manti cần phải đợc mô hình hóa để chứng minh các miền nguồn đó tác dụng với nhau nh thế nào và bằng cách nào chúng đạt đợc thành phần nh hiện nay? Một trong những thành quả của địa chất học đồng vị hiện đại đó là đa ra các mô hình hợp nhất nh vậy và khả năng liên kết thành phần các miền nguồn với các quá trình chủ yếu của kiến tạo mảng.
Những mô hình dựa trên các đồng vị Pb và chủ yếu nhấn mạnh các miền nguồn vỏ đã góp phần rất lớn cho sự hiểu biết của chúng ta về sự tiến hóa của vỏ lục địa. Kiểu mô hình này đợc biết dới tên gọi là “Kiến tạo chì”(plumbotectonics).
Còn những mô hình chú trọng tới các quá trình trộn lẫn trong manti và dựa trên một số hệ thống đồng vị khác nhau đợc trình bày ở đây dới dạng các “mô hình địa động lực”(geodynamics models).