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草稿:钐钕测年法

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釤釹測年法是一種放射性定年法，可用於確定岩石和隕石的年齡，該方法基於長壽命釤同位素 (147 Sm）轉化為穩定的放射性釹同位素（143 釹）。釹同位素比以及釤釹比可用於提供有關火成熔體的年齡和來源的資訊。人們有時認為，當地殼物質從地函中形成時，釹同位素比率僅取決於該事件發生的時間，但此後，它的演變方式取決於地殼物質中釤與釹的新比率，這將不同於地函物質中的比例。釤釹測年法可以確定地殼物質的形成時間。

Sm-Nd測年法的實用性源自於這兩個元素都是稀土元素，因此從理論上講，在沉積和成岩作用過程中不易發生分離。長英質礦物的分離結晶改變了生成物的 Sm/Nd 比。這反過來又影響了 143Nd/144Nd 比率因放射性 143Nd 的產生而增加的速率。

在許多情況下，Sm-Nd和Rb-Sr同位素數據一起使用。

Sm-Nd放射性定年法

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釤有七種天然同位素，釹也有七種。這兩種元素以母體-子體關係結合，母體147Sm經α衰變生成放射性子體143Nd，其半衰期為1.066(5)×1011年，而146S​​m（一種幾乎滅絕的放射性核素，半衰期為9.20(26)×107年[2][2][2]1462]146)×107年[2][2]。

要確定一塊岩石（或一組岩石）的形成日期，可以使用等時線測年法。 Sm-Nd 等時線繪製了放射性同位素 143Nd 與非放射性同位素 144Nd 的比率以及母同位素 147Sm 與非放射性同位素 144Nd 的比率。 144Nd 用於標準化等時線中的放射性同位素，因為它是一種準穩定（半衰期為 2.29(16)×1015 年）且相對豐富的釹同位素。

Sm 和 Nd 地球化學

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按照鮑文反應系列，矽酸鹽礦物中 Sm 和 Nd 的濃度隨著它們從岩漿中結晶的順序而增加。釤更容易融入鎂鐵礦物中，因此結晶鎂鐵礦物的鎂鐵質岩石將在熔體相中富集釹，而釤則較少。因此，當熔體從鎂鐵質成分逐漸結晶為長英質成分時，Sm和Nd的豐度會發生變化，Sm和Nd之間的比例也會改變。

因此，超鎂鐵質岩具有較高的 Sm 含量和較低的 Nd 含量，因而具有較高的 Sm/Nd 比。長英質岩石的 Sm 濃度低而 Nd 濃度高，因此 Sm/Nd 比值也低（例如，科馬提岩的 Nd 含量為 1.14 ppm，Sm 含量為 3.59 ppm，而流紋岩的 Nd 含量為 4.65 ppm，Sm 含量為 21.6 ppm）。

這個過程的重要性在模擬大陸地殼形成的年齡時顯而易見。

CHUR 模型

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透過對釹的同位素組成的分析，DePaolo 和 Wasserburg (1976 年[6]) 發現，陸地火成岩在由熔體形成時，嚴格遵循「球粒隕石均勻儲層」或「球粒隕石單一分餾儲層」（CHUR）線——即球粒隕石中的 143Nd:144Nd 比率隨時間增加的比率。球粒隕石被認為是行星形成之前太陽系中形成的最早（未分類的）物質。它們具有相對均質的微量元素特徵，因此它們的同位素演化可以模擬整個太陽系和「地球本體」的演化。在將陸地火成岩的年齡和初始 143Nd/144Nd 比值繪製在 Nd 演化與時間圖上後，DePaolo 和 Wasserburg 確定太古代岩石的初始 Nd 同位素比值與 CHUR 演化線定義的非常相似。

艾普西隆符號

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由於 143Nd/144Nd 與 CHUR 演化線的偏離非常小，DePaolo 和 Wasserburg 認為創建一種符號形式來描述 143Nd/144Nd 與 CHUR 演化線的偏差會很有用。這稱為 epsilon 符號，一個 epsilon 單位代表與 CHUR 成分的每 10,000 個偏差中的 1 個。

由於 epsilon 單位更精細，因此可以更具體地表示初始 Nd 同位素比，透過使用 epsilon 單位代替初始同位素比，可以更容易理解並因此比較不同年齡的地殼的初始比率。此外，epsilon 單位會將初始比率標準化為 CHUR，從而消除所應用的各種分析質量分餾校正方法所造成的任何影響。

Nd 模型年齡

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由於 CHUR 定義了大陸岩石隨時間的初始比率，因此推斷，使用 CHUR 測量 143Nd/144Nd 和 147Sm/144Nd 可以產生形成任何地殼岩石的熔體與地函分離的模型年齡。這稱為 TCHUR。為了計算 TCHUR 年齡，在從地函中提取岩漿以產生大陸岩石的過程中，Nd/Sm 之間的分餾必須發生。這種分餾會導致地殼和地函同位素演化線之間的偏差。這兩條演化線的交點就指示了地殼形成的年齡。

虧損地函模型

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如果岩石樣本在形成後沒有遭受干擾，則可以透過岩石的 TCHUR 年齡推算出整個地殼的形成年齡。由於 Sm/Nd 都是稀土元素 (REE)，它們特有的固定比率可在矽酸鹽岩變質和熔化過程中抵抗分割。因此，無論樣本經歷了什麼變質作用，都可以計算出地殼形成的年齡。 儘管太古代岩體與 CHUR Nd 同位素演化線非常吻合，但 DePaolo 和 Wasserburg（1976 年）觀察到大多數年輕的海洋火山岩（大洋中脊玄武岩和島弧玄武岩）位於 CHUR 線以上 +7 至 +12 ɛ 單位處。這使得人們認識到，繪製在 CHUR 線誤差範圍內的太古代大陸火成岩可能位於一條虧損地函演化線上，該線的特徵是 Sm/Nd 和 143Nd/144Nd 比率隨時間的增加。為了進一步分析太古代 CHUR 數據與年輕火山樣本之間的差距，對科羅拉多前山脈 (愛達荷泉組) 的元古代變質基底進行了研究。

使用該曲線計算的 Sm-Nd 模型年齡表示為 TDM 年齡。 DePaolo (1981) 認為這些 TDM 模型年齡將比 TCHUR 模型年齡更準確地確定地殼形成年齡 - 例如，McCulloch 和 Wasserburg 的 Grenville 複合材料的異常低 TCHUR 模型年齡 0.8 Gy 被修改為 1.3 Gy 的 TDM 年齡，這是 Grenville 成年後的典型年齡。

參見

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  • 放射性定年法

參考

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  1. McCulloch, M. T.; Wasserburg, G. J. (1978). "Sm–Nd and Rb–Sr Chronology of Continental Crust Formation". Science. 200 (4345): 1003–11. Bibcode:1978Sci...200.1003M. doi:10.1126/science.200.4345.1003. PMID 17740673. S2CID 40675318.
  2. Chiera, Nadine M.; Sprung, Peter; Amelin, Yuri; Dressler, Rugard; Schumann, Dorothea; Talip, Zeynep (1 August 2024). "The 146Sm half-life re-measured: consolidating the chronometer for events in the early Solar System". Scientific Reports. 14 (1). doi:10.1038/s41598-024-64104-6. PMC 11294585.
  3. Villa, I.M.; Holden, N.E.; Possolo, A.; Ickert, R.B.; Hibbert, D.B.; Renne, P.R. (September 2020). "IUPAC-IUGS recommendation on the half-lives of 147Sm and 146Sm". Geochimica et Cosmochimica Acta. 285: 70–77. doi:10.1016/j.gca.2020.06.022. ISSN 0016-7037. OSTI 1644013.
  4. Kinoshita, N.; Paul, M.; Kashiv, Y.; Collon, P.; Deibel, C. M.; DiGiovine, B.; Greene, J. P.; Jiang, C. L.; Marley, S. T.; Pardo, R. C.; Rehm, K. E.; Robertson, D.; Scott, R.; Schmitt, C.; Tang, X. D.; Vondrasek, R.; Yokoyama, A. (30 March 2023). "Retraction". Science. 379 (6639): 1307. doi:10.1126/science.adh7739. PMID 36996231.
  5. Joelving, Frederik (30 March 2023). "One small error for a physicist, one giant blunder for planetary science". Retraction Watch. Retrieved 30 March 2023.
  6. Depaolo, D. J.; Wasserburg, G. J. (1976). "Nd isotopic variations and petrogenetic models" (PDF). Geophysical Research Letters. 3 (5): 249. Bibcode:1976GeoRL...3..249D. doi:10.1029/GL003i005p00249.
  7. Dickin, A. P., 2005. Radiogenic Isotope Geology, 2nd ed. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 0-521-82316-1 pp. 76–77.
  8. DePaolo, D. J. (1981). Neodymium isotopes in the Colorado Front Range and crust – mantle evolution in the Proterozoic. Nature 291, 193–197.
  9. 本文章來源為翻譯自英文版維基百科，只是提供中文讀者更方便，更詳細內容請參考英文版維基百科的「釤釹測年法」請搜尋Samarium–neodymium dating，非惡意複製僅為學術用途。
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