[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.Толстихин^1, Б.Марти^2, Д.Почели^3, А.Гофман^4 ^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 ^129I – ^129Xe(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 × 10^12 и ~0.0005 × 10^12 мол) и в атмосфере (0.277 × 10^12 и £ 0.05 × 10^12 мол) намного меньше возникших при распаде этих изотопов (11 × 10^12 и 0.35 × 10^12 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.