4.2.3. Изотопная систематика аргона и гелия

Величина отношения изотопов ³⁶Аr/ ⁴⁰Аr в основных резервуарах Земли неодинакова и отличается от метеоритных значений. Для каждого резервуара наблюдается размах вариаций отношения в определенных пределах. Зависимость величины изотопного отношения от принадлежности источника пород к одному из основных резервуаров Земли называется изотопной систематикой. При анализе породы, источник которой неизвестен, систематика позволяет оценить генетическую принадлежность породы.

В большинстве работ изотопная систематика аргона рассматривается одновременно с изотопной систематикой гелия (табл. 4.1).

Таблица 4.1

Изотопный состав Аr и Не в различных резервуарах Земли
(по Толстихину и др., см.: Геохимия радиогенных изотопов..., 1983)

Вариации изотопов гелия и аргона во многом имеют общие причины. ³⁶Аr в отношении ⁴⁰Аr/ ³⁶Аr является первичным, а ⁴⁰Аr - в основном радиогенным, накопившимся из К. Это хорошо видно из табл. 4.1, где максимальная величина ⁴⁰Аr/ ³⁶Аr наблюдается в земной коре, в которой сосредоточена основная масса земного калия. В отношении ³Не/ ⁴Не первичен ³Не, а ⁴Не состоит из двух компонент: первичной и радиогенной, образовавшейся в земном веществе за счет альфа-излучения природных радионуклидов, главным образом рядов распада ²³⁸U и ²³²Th. Литофильные элементы уран и торий так же, как и калий, характерны для земной коры, поэтому именно в этом резервуаре преобладает ⁴Не.

В качестве примера использования Аr - Не изотопной систематики рассмотрим данные по распределению отношений ⁴⁰Аr/ ³⁶Аr и ³Не/ ⁴Не в базальтах современного океана (Верховский и др., 1986). Согласно существующим представлениям для базальтов срединно-океанических хребтов (MORB) источником служит самый верхний слой мантии, обедненный литофильными элементами (так называемая обедненная, или деплетированная, мантия).

Рассматривая приведенные в настоящем примере изотопные данные (рис. 4.4, 4.5), можно прийти к следующим выводам.

90

Рис. 4.4. Гистограммы распределения ⁴⁰Аr/ ³⁶Аr в М- и Р-базальтах (Верховский и др., 1986)

Рис. 4.5. Изотопный состав Не и Аr в мантийных резервуарах (М и Р) и атмосфере Земли (А) (по Верховскому и др., 1986): 1, 2, 3 - линии смешения компонентов

1. Более радиогенному аргону на границе верхняя мантия - океаническая кора, естественно, соответствует более радиогенный гелий. Мощный поток глубинного гелия, проходящий через толщу верхней мантии, океанической коры и океанической воды, обеспечивает очень гомогенное распределение его изотопов и высокие концентрации в стеклах MORB, на два порядка превышающие концентрацию в базальтах "горячих точек". Гомогенность изотопного состава подтверждает глубинность потока, проникающего, очевидно, по гигантским каналам срединно-океанических хребтов. По аналогии с Не, наблюдаемый в М-базальтах Аr также характеризует мантийный изотопный состав. Широкий размах вариаций обусловлен некоторой контаминацией атмосферным аргоном, растворенным в морской воде, что не может повлиять на изотопный состав гелия.
2. Несколько менее радиогенный гелий "горячих точек" свидетельствует о его большей глубинности. Изотопный состав в то же время свидетельствует об интенсивной контаминации атмосферным аргоном, которая могла происходить лишь в условиях контакта с атмосферной или морской водой. Если допустить, что причиной появления горячих точек является плавление фрагментов океанической коры, поступившей в мантию в процессе субдукции, то контаминацию атмосферным аргоном объяснить просто. При этом, естественно, контаминация не будет ничтожна, так как его концентрация в мантийных струях много выше концентрации в атмосфере.

91