 | ИЗМЕНЕНИЕ В ИЗОТОПНОЙ КОМПОЗИЦИИ МОРСКОЙ ВОДЫ |
ИЗМЕНЕНИЕ В ИЗОТОПНОЙ КОМПОЗИЦИИ МОРСКОЙ ВОДЫ СО ВРЕМЕНЕМ в связи с тектоникой плит
Стронциевый (Sr) изотопический состав морской воды имеет прямое отношение к тектонике плит. Изменение стронциевого изотопического состава океанской морской воды со временем, оказывается, превосходный монитор прошлой тектоники плит. Существующая морская вода имеет изотопный состав 87Sr/86Sr= 0.709 потому, что океанская вода глобально хорошо смешана, все современные раковины и известняки, включающие морскую воду, имеет это отношение. Измеряя изотопные отношения в известняках или раковинах старших геологических формирований, можно получить отношение стронциевого изотопа и его изменение со временем. Опираясь на работы Peterman и др. ,1970, можно сказать, что идет прогрессивное увеличение этого отношения с посдне-юрского периода к существующему дню. Однако есть также и уменьшение с раннего каменноугольного периода до поздней юры. Так что должен существовать некий геологический процесс, который вызывает колебания в 87Sr/86Sr.
Рубидий 87 (87Rb) радиоактивен и распадается на 87Sr, так, что отношение 87Sr/86Sr увеличиется с возрастом Земли. 86Sr является не радиоактивным, как что его содержание остается постоянным. Однако норма, по которой отношение 87Sr/86Sr увеличивается, зависит от элементного отношения Rb/Sr в породе. Мантия Земли имеет низкое содержание Rb относительно стронция, так что породы имеют очень низкое отношение Rb/Sr отношение, а следовательно низкое отношение 87Sr/86Sr (отношение увеличилось только с 0.699 до 0.703 за последние 4500 Му!) . Однако породы коры типа гранитов и сланцев богаты Rb и имеют высокое отношение Rb/Sr и со временем становятся обогащенными на 87Sr и имеют высокое значение 87Sr/86Sr. Так, при химическом обмене морской воды с породами коры, значение отношения 87Sr/86Sr увеличивается и наоборот, при обмене с мантией этот показатель падает снова. Ясно, чтобы изменения в размере бассейна океана должено влиять на изменение отношения изотопного показателя.
Значение увеличения отношения стронциевого изотопного показателя
Ясно, что высокая эрозия континентального материала поднимет значение отношения 87Sr/86Sr. Когда полевые шпаты и слюды выветриваются и образуются глины, их радиоактивный стронций свобождается. Он хорошо растворим в речной воде и поступает в море. Его содержание только возрастет, если увеличится зона горных поясов, что происходит в конце цикла Вилсона при столкновении континентов. Так что это резкое увеличение с последней юры контролируется развитием горных поясов типа Альп, Гималаев и Анд.
Было множество попыток смоделировать эти самые недавние 100 Му роста горных поясов, так как кривая изменения морской воды в течение этого периода очень хорошо известна (Richter и др.,1992). Поток стронция в океан может быть оценен на больших реках: Амазонка –0.7109; Ориноко –0.7183; реки Гималаев-0.7127. Средний глобальный показатель принят как 0.711.
Рост показателя произошел самым быстрым образом между 40 Му и настоящим временем, и особенно в период 20 - 15 Му. Richter и др. ,1992, нашли, что они могут моделировать этот быстрый рост главным образом как последствие подъема Гималайского-тибетского плато после коллизии Индии с Азией. Именно отсюда высокие значения потока стронция в реках Гималаев (Инд, Ганг, Янцзы, Меконг, и т.д.). Так что можно обнаружить формирование горного пояса по высокому показателю отношения изотопов стронция.
Возникает интересная проблема: если горные пояса горы неоднократно формируются в истории, почему отношение изотопов стронция колеблется, а не возрастает со временем, а также если изотопное отношение в морской воды может повыситься на 0.002 в последние 40 Му., почему же было возрастание этого показателя только на 0.010 в последние 4500 Му? Очевидно какой-то столь же мощный процесс сбивает это.
Burke и др., 1982, работая с известняками разного возраста, установили кривую отношения для всего фанерозоя от кембрийского периода до нашего времени. Обнаружено, что отношение изотопов стронция в кембрии было столь же высоким как и сегодня, было общее снижение этого показателя на интервале в 400 Му до поздней юры, и в добавлении к этому было по крайней мере пять острых падений показателя.
Значение пониженного отношения изотопного показателя стронция
Главной причиной такого уменьшения является гидротермальный обмен морской водой с горячим базальтом в серединно-океанических центрах спрединга. Как показал пример с офиолитами, развал структуры полевых шпатов с низкомантийным отношением изотопов стронция освобождает стронций для выхода в морскую воду. В то же самое время цеолиты и глины, развивающиеся при низкотемпературных изменениях базальта, берут стронций из морской воды с высоким "континентальным" компонентом. Поскольку океаническая кора в конечном счете субдукцируется в глубоководных желобах, результирующее влияние должно удалить часть этого "континентального" компонента стронция в районе гидротермально-измененной океанической коре глубоко в мантии Земли.
Так что эти периоды быстрого падения изотопа стронция коррелируются с периодами более интенсивного спрединга или с распадом главных континентов, подобных Гондване. При этом если есть увеличение деятельности срединно-океанического хребта, это вероятно означает, что поднимающаяся мантия более горяча и менее плотна, и, что наиболее вероятно, она заместит некий объем океана, подобно Исландии, и затопит континентальный шельф. Конечно, чем большая часть континента будет затоплена, тем менее активный будут реки, и это уменьшает их содержание "континентального" стронция. И, напротив, если происходит коллизия континентов, подобно той, что случилась после закрытия Teтиса и сформировала Альпы и Гималаи, в этом случае деятельность срединно-океанического хребта должна остановиться, или существенно замедлиться на некоторое время, пока новые конфигурации плит не установятся. Richter и др., 1992, попробовали моделировать этот процесс.
Для моделирования поведения фанерозойской кривой они использовали следующие числа:
Общее количество стронция в океанах: 1.25x1017 (молекулярных масс) - 0.7092
Речной поток: 3.3x1010 (молекулярных масс/год) - 0.711
Гидротермальный поток: 0.82x1010 (молекулярных масс/год) - 0.7030
Диагенетический (Diagenetic) поток: 0.3x1010 (молекулярных масс/год) - 0.7084
Последний поток озникает из карбоната, но это второстепенный фактор.
Эти авторы пробовали моделировать изотопическое изменение отношения стронция повсюду в фанерозое, делая различные предположения о движениях плит, столкновениях, скоростях движения и т.д. Были сомнительные вещи, потому что есть части Земли, где геология не очень известна.
Модель считается хорошей для крупномасштабной структуры и растворенного в воде стронция, но не в состоянии воспроизвести несколько из местных максимумов и минимумов, особенно в период 300 - 100 Му. Однако "максимумы" в кембрийском периоде, девоне и в настоящий день действительно коррелируются с обширным горообразованием.
Richter предполагает, что все горы созданы коллизией континентов. Но возвышение Анд, которые сейчас являются главным вкладчиком стронция в морскую воду, вызвано стыковкой и субдукцией главных океанических плато. Учет этого факта добавил бы новое измерение к истории, потому что формирование горячих океанических плато существенно увеличивает гидротермальный поток стронция в срединно-океанических хребтах и сопровождается далее увеличенным "континентальным" потоком, поскольку горные пояса были сформированы как горячие толстые плато рядом с зоной субдукции.
Для дальнейшего обсуждения долгосрочных изменений в геологических особенностях, и возможных значениях, смотрите статью Moores, 1993.