III. ĐồNG Vị PHóNG Xạ TRONG NGHIÊN CứU THạCH LUậN NGUồN GốC.
b- Địa động lực (geodynamics).
Việc đối sánh giữa những đặc trng đồng vị đã dẫn tới hàng loạt mô hình kiến tạo về cấu trúc hóa học của Trái đất. Các mô hình này bị khống chế bởi tài liệu đồng vị và sự hiểu biết của chúng ta hiện nay về các quá trình kiến tạo mảng.
Thí dụ, trên hình IV.5, thành phần Nd - Sr của vỏ lục địa và của các basalt đại dơng đợc biểu diễn trong mối tơng quan với thành phần của Trái đất tổng thể (BE). Basalt đại dơng thờng giàu Nd và nghèo Sr so với Trái đất tổng thể, trong khi đó vỏ lục địa lại chỉ ra mối quan hệ ngợc lại. Điều này cho thấy, vỏ lục địa và manti của các basalt đại dơng là những miền nguồn phức tạp của Nd và Sr; vỏ lục địa đã đợc tách ra khỏi manti của Trái đất để tạo ra miền nguồn giàu Nd và nghèo Sr.
Bằng cách tơng tự, thành phần đồng vị của các miền nguồn vỏ và manti đã đợc luận giải bằng nội dung của hàng loạt công thức cân bằng khối l ợng giữa vỏ, manti và thành phần ban đầu của Trái đất silicat tổng thể (không có nhân - BSE). Điều này cho phép chúng ta xem xét một cách chi tiết mối quan hệ tơng hỗ giữa các miền nguồn khác nhau, xác định những giới hạn của manti tham gia trong sự thành tạo vỏ lục địa, và đi sâu tìm hiểu bản chất của quá trình đối lu manti.
Hình IV.14 trình bày những con đờng có thể trong đó các miền nguồn khác nhau tơng tác với nhau:
Vỏ đại dơng: MORB → EM + DM
OIB → EM + DM + HIMU
Đới hút chìm: thạch quyển dới lục địa (trẻ) + DM + EM Vỏ lục địa: thạch quyển dới lục địa (cổ) + EM
Quyển mềm (asthenosphere): EM + DM
M O R B O I B t r ầ m t íc h t r ầ m t íc h Đ ộ s âu ( km ) k h í q u y ể n V ỏ đ ạ i d ơ n g T h ạ c h q u y ể n d ớ i đ ạ i d ơ n g v ỏ l ụ c đ ịa T h ạ c h q u y ể n (t r ẻ) d ớ i l ụ c đ ị a (c ổ) V ỏ l ụ c đ ị a E M E M E M D M E M D M ? P M H I M U ? P R E M A E M D M q u y ể n m ề m ( M a n t i b ị d á t m ỏ n g ) m a n t i d ớ i t r ộ n l ẫ n S ự t á i s in h Đ á y đ ạ i d ơ n g ẩ m T r ầ m t í c h đ ạ i d ơ n g T r ầ m t í c h lụ c đ ị a T h ạ c h q u y ể n d ớ i đ ạ i d ơ n g 8 0 0 7 0 0 6 0 0 5 0 0 4 0 0 3 0 0 2 0 0 1 0 0 T h ạ c h q u y ể n d ớ i l ụ c đ ị a (c ổ)
Hình IV.14. Mô hình thể hiện các miền nguồn vỏ và manti khác nhau và mối liên quan có thể giữa chúng dựa trên sự nghiên cứu địa hóa học đồng vị.
Các miền nguồn manti đợc xác định theo tên gọi của Zindler và Hart (1986): EM - manti giàu, DM - manti nghèo, HIMU - manti có tỷ số U/Pb cao, PREMA - manti thịnh hành, PM - manti nguyên thủy.
(Stable Isotope)
I. khái niệm.
Phần lớn những nguyên tố gặp trong tự nhiên đều có chứa ít nhất một đồng vị bền. Trong những nguyên tố có khối lợng nguyên tử < 40 (các nguyên tố nhẹ hơn Ca) các đồng vị của chúng có khả năng bị phân đoạn bởi các quá trình vật lý do sự khác nhau về khối lợng giữa chúng. Mức độ phân đoạn khối lợng tỷ lệ với sự khác nhau về khối lợng. ở những nguyên tố có số khối lợng nguyên tử lớn hơn 40 sự khác nhau về khối lợng giữa các đồng vị là rất nhỏ cho phép các đồng vị trở nên khác biệt nhau về mặt vật lý.
Trong địa hóa học thờng tiến hành nghiên cứu các đồng vị bền đối với các nguyên tố nhẹ nh H, C, N, O và S. Những nguyên tố này thờng là thành phần chủ yếu của các chất lỏng (fluid) quan trọng về mặt địa chất để nghiên cứu trực tiếp bản chất của chất lỏng cũng nh hiệu quả của các quá trình tác dụng tơng hỗ đá - chất lỏng. Ngoài ra, đồng vị bền còn đợc sử dụng để nghiên cứu nguồn gốc của nguyên tố, nh là “cổ nhiệt kế”(palaeothermometer), cũng nh nghiên cứu sự khuyếch tán và cơ chế phản ứng trong các quá trình địa chất.
Thờng những đồng vị bền đợc chuyển sang trạng thái hơi (nh H2, CO2
hoặc SO2) nhằm mục đích phân tích đồng vị và sự khác nhau về khối lợng của chúng đo đợc trên khối phổ kế. Tuy nhiên, để hạn chế sự nhiễm bẩn trong quá trình xử lý và phân tích mẫu, đặc biệt đối với những nguyên tố th ờng gặp trong tự nhiên (nh O, H, C và S), cần thiết phải sử dụng phòng xử lý mẫu “siêu sạch”. Ngoài ra, hiện nay ở nhiều nớc trên thế giới đã sử dụng máy vi dò ion (ion micoprobe - IMP) hoặc vi dò laser (laser microprobe - LMP) trong phân tích đồng vị bền với độ chính xác rất cao.