[E n g l i s h  v e r s i o n]

 

Главная   с т р а н и ц а

Ближайшие   семинары

Прошедшие  семинары

С о в е т  с е м и н а р а

Положение о семинаре

 

 

"Дегазация Земли: модели, основанные на ксенологии"

И. Толстихин (ИКИ РАН, Москва и ГИ КНЦ РАН, Апатиты, Россия)

Соавторы: Б. Марти, Д. Почели, А. Гофман

 

Аннотация: 

И.Толстихин1, Б.Марти2, Д.Почели3, А.Гофман4

 

1ИКИ РАН, Москва, и ГИ КНЦ РАН, Апатиты, Россия <igor.tolstikhin@gmail.com>; 2CRPG-CNRS, Nancy, France; 3University of Oxford, Oxford, UK; 4Max Plank Institute Chemistry, Mainz, Germany.

 

Для понимания эволюции летучих элементов Земли наиболее важны данные 244Pu - 238U - 129I – Xe(Pu,U,I) изотопной системы.  Земные обилия изотопов 244Pu (период полураспада t244 = 82 млн. лет) и 238U (t238 = 4468 млн. лет) могут быть достаточно надежно реконструированы из анализа метеоритов, древнейших цирконов Земли и современных пород.  244Pu и 238U распадаются посредством деления с образованием тяжелых изотопов инертного газа, ксенона.  Разные относительные выходы изотопов ксенона позволяют идентифицировать Хе(Pu) и Хе(U).  Также следует учитывать данные 129I129Xe(I) изотопной системы (129I → b- → 129Xe, t129 = 15.6 млн. лет), хотя йод является весьма летучим элементом.  Современные оценки начальных (INI) содержаний этих изотопов в «силикатной Земле» таковы: [238U]INI = 38 × 10-9 г г-1, 244Pu/238UINI (атомное) = 0.007 ± 0.003, 129I/238UINI (атомное) = 1.7 × 10-5. 

Если бы родительские и дочерние изотопы сохранялись от времени формирования Солнечной системы (4570 млн. лет тому назад) до настоящего времени, соотношения изотопов ксенона в такой «закрытой» системе (CLOS) в настоящее время составляли бы 136Xe(Pu) / 136Xe(U)CLOS = 28 и = 129Xe(I) / 136Xe(U)CLOS = 1050.  Эти отношения намного превышают наблюдаемые в настоящее время в главном силикатном резервуаре Земли – обедненной мантии (DMM), 136Xe(Pu)/136Xe(U)DMM £ 0.4 и 129Xe (I) / 136Xe(Pu, U)DMM = 2.7 ± 0.3.  Также современные количества 129Xe(I) и 136Xe(Pu) в мантии (~0.005 × 1012 и ~0.0005 × 1012 мол) и в атмосфере (0.277 × 1012 и £ 0.05 × 1012 мол) намного меньше возникших при распаде этих изотопов (11 × 1012 и 0.35 × 1012 мол).  Эти соотношения свидетельствуют о больших потерях Хе не только из мантии, но и из главного газового резервуара Земли, - атмосферы. 

Начальные концентрации родительских изотопов (244Pu, 238U, 129I) и современные обилия дочерних изотопов Хе были использованы для количественных оценок процесса дегазации в рамках простой одно - резервуарной модели мантии.  Моделирование показало:

(1) Мантия Земли является весьма дегазированным резервуаром, - в ней сохранилось менее 10-4 части изначально находившегося количества летучих элементов: в настоящее время 130XeDMM / 130XeINI. < 10-4.  Наиболее интенсивная дегазация имела место в течение первых сотен миллионов лет эволюции Земли.  Оба эти вывода мало зависят от модели: они непосредственно следуют из неравенства Xe(Pu) / Xe(U)DMM << Xe(Pu) / Xe(U)CLOS.

(2) Темп дегазации, найденный из анализа 244Pu - 238U - 129I – Xe(Pu,U,I) изотопной системы, является наиболее надежной мерой скорости конвекции в прошлом.  Для обеспечения интенсивной ранней дегазации мантии скорость конвекции в этом резервуаре должна была превышать современную примерно на два порядка. 

(3) Ксенон покидал атмосферу Земли в течение длительного времени, не менее 500 млн. лет (после формирования Солнечной системы).  

     Более сложные модели мантии, предусматривающие наличие в ней древнего «частично-изолированного» резервуара с высокими концентрациями дочерних изотопов 136Xe(Pu), 129Xe(I), а также солнечных Не и Ne, - позволяют объяснить наблюдаемые в мантийных плюмах высокие отношения 3He / 4He, 20Ne / 22Ne и не требуют столь длительных потерь газов из атмосферы Земли.  U-Th-He и K-Ar изотопные системы не содержат короткоживущих изотопов и поэтому не могут быть использованы для реконструкции дегазации мантии.