Tiểu luận Phương pháp phóng xạ định tuổi Samari - Neodim

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN – KHOA ĐỊA CHẤT Chủ đề 4 Xác định tuổi địa chất bằng phương pháp Samari - Neodim Nhóm 4: Lớp K52-ĐMT 1. Phạm Thanh Thùy 7. Nguyễn Thị Duyên 2. Dương Thị Thu Thủy 8. Vũ Thị Thương 3. Lê Thị Trang 9. Nguyễn Thế Hậu 4. Nguyễn Thị Giang 10. Phạm Văn Minh 5. Vũ Hương Chi 11. Nguyễn Đức Long 6. Hà Thu Quỳnh Nội dung chính 1. Nguyên lý chung của phương pháp phóng xạ xác định tuổi địa chất. 2. Nguyên lý cụ thể của phương pháp Samari – Neodim. I. Nguyên lý chung. 1. Cơ sở khoa học : Việc tính tuổi tuyệt đối của đá được thực hiện có cơ sở khoa học nhờ phát minh của A.Becquerel, Pierre và Marie Curie về hiện tượng phóng xạ. Cơ sở của phương pháp là dựa vào tính phóng xạ tự nhiên của 1 số nguyên tố chứa trong đá liên quan mật thiết với các quá trình magma, phun trào và các quá trình tích tụ trầm tích để xác định tuổi của đá. - Tính phóng xạ tự nhiên là tính bức xạ của các nguyên tố trong quá trình phân hủy tự nhiên để biến đổi từ một trạng thái này sang một trạng thái khác của nguyên tử. I. Nguyên lý chung. Trong tự nhiên có những đồng vị bền vững bên cạnh những đồng vị không bền vững.Các đồng vị bền vững còn được gọi là đồng vị phóng xạ. - Các dãy phóng xạ tự nhiên thường được sử dụng để xác định tuổi đá là : 1. U235  7He4 + Pb207 2. U238  8He4 + Pb203 3. Th232  6He4 + Pb208 4. K40  Ar40 và Ca40 5. Rb87  Sr87 6. C14  N14 I. Nguyên lý chung. I. Nguyên lý chung. 2. Cách xác định tuổi của đá: Tuổi của đá Chu kỳ bán hủy của đồng vị phóng xạ Khối lượng của đồng vị bền vững T = ln2 / λ D = Di + F( eλt – 1) λ: hằng số phân hủy D: số lượng nguyên tử của nguyên tố con F: số lượng nguyên tử nguyên tố mẹ Di: số lượng hạt nhân phóng xạ trung bình còn lại trong thời điểm t t : tuổi của mẫu e: giá trị dưới của logarit tự nhiên t =(1/λ)ln [( D – Do)/F + 1] I. Nguyên lý chung. Mối tương quan giữa tốc độ phân hủy phóng xạ và chu kỳ bán hủy. Cứ sau 1 chu kỳ bán hủy thì còn lại ½ nguyên tố bố mẹ. Sau 2 chu kỳ bán hủy thì còn lại ¼ lượng nguyên tố bố mẹ. II. Nguyên lý của phương pháp Sm – Nd. 1. Nguyên lý. - Phương pháp Sm – Nd ra đời do nhu cầu nghiên cứu về vũ trụ, đặc biệt là thiên thạch và các đá từ mặt trăng.Sau đó, được dùng để nghiên cứu đá Trái đất. - Sm – Nd thuộc nhóm các nguyên tố đất hiếm và có hành vi địa hóa tương tự nhau. Điều này dẫn đến các tỉ số Sm/Nd rất ít có sự phân dị theo thời gian và chỉ trở nên biến đổi dưới những tác động của các nhân tố bên ngoài. II. Nguyên lý của phương pháp Sm – Nd. 1. Nguyên lý. - Các quá trình địa chất hậu sinh như phong hóa, biến chất không thể tách hai đồng vị này giống như chúng đã tách cặp đồng vị mẹ con trong các phương pháp xác định tuổi khác. - Do đó phương pháp Sm – Nd có khả năng ghi được thời gian đầu tiên khi đá tách từ bên trong Trái đất để trở thành phần của vỏ. Vì vậy tuổi theo phương pháp Sm – Nd thường được coi là tuổi thành tạo vỏ Trái đất. II. Nguyên lý của phương pháp Sm – Nd. 1. Nguyên lý. Trong số các đồng vị của Sm thì có một đồng vị là phóng xạ và quá trình phân rã phóng xạ cho ra bền vững theo phương trình sau: - Với thời gian bán rã của Sm là 106 tỉ năm tương ứng với λ= 6,54.10-12 năm. Hằng số phóng xạ nhỏ so với thời gian bán hủy rất dài, nên phương pháp này phù hợp cho việc xác định các đá có tuổi cổ hơn các đá có tuổi trẻ. II. Nguyên lý của phương pháp Sm – Nd. 2. Cách tính , biểu diễn và giải thích tuổi Sm– Nd. Tuổi công thức. Về mặt nguyên lý có thể tính toán tuổi của đá hay khoáng vật một cách trực tiếp từ phương trình tuổi cơ sở : II. Nguyên lý của phương pháp Sm – Nd. b.Tuổi đẳng thời. Phương pháp Sm – Nd có thể tính được tuổi đẳng thời theo phương trình : với t là hằng số Theo các đặc tính địa hóa của Sm – Nd , chúng ta có thể phân tích một số ưu điểm phương pháp Sm – Nd khi sử dụng phương pháp xác định tuổi bằng đường đẳng thời ( Isochron). II. Nguyên lý của phương phápSm – Nd. Đường đẳng thời cho đá tổng. Các nguyên tố đất hiếm là ít hoặc không linh động. Ưu điểm nổi bật của phương pháp Sm – Nd chính là sự trơ của các nguyên tố đất hiếm, cụ thể là khó hòa tan thế nên hệ đồng vị Sm – Nd rất khó bị phá vỡ và các đường đẳng thời của đá tổng thường mang lại tuổi của sự phân dị magma và các quá trình biến chất cao. - Tỷ số Sm/Nd chỉ biến đổi trong không gian hẹp cho một số nhóm đá cùng kiểu, vì vậy cần sử dụng mẫu từ axit tới bazan để có được một khoảng cách giữa các điểm phân tích phân bố dọc theo trục hoành. II. Nguyên lý của phương pháp Sm – Nd. Đường đẳng thời cho các khoáng vật. - Các khoáng vật khác nhau trong cùng một đá có thể được sử dụng để có được đường đẳng thời vì tỷ số Sm/Nd trong các khoáng vật là khá khác nhau. Tuổi của các khoáng vật magma sẽ là tuổi của quá trình kết tinh. - Với các khoáng vật biến chất, Sm và Nd được tái phân bố trong quá trình biến chất, vì vậy tuổi được xác định là tuổi của sự tái kết tinh. II. Nguyên lý của phương pháp Sm – Nd. c. Tuổi mô hình. - Khi nghiên cứu sự tiến hoá đồng vị Nd thường hay dùng 2 mô hình miền nguồn: miền nguồn chondrit đồng nhất (CHUR- Chondrit Uniform Reservoir) và miền nguồn manti nghèo (DM- Depleted Manti). - Cơ sở mô hình CHUR là giả thiết manti nguyên thuỷ của Trái đất có thành phần đồng vị như thành phần trung bình của các thiên thạch chondrit tại thời điểm sinh thành Trái đất (khoảng 4,57 tỉ năm). CHUR về mặt đồng vị neodim tương ứng với thành phần tổng thể của Trái đất (Bulk Earth). II. Nguyên lý của phương phápSm – Nd. II. Nguyên lý của phương pháp Sm – Nd. -Các đá được phân tích sinh ra trực tiếp hoặc gián tiếp do nóng chảy từng của vật chất manti.Vì vậy có thể tính tuổi các mẫu có nguồi gốc từ nguồn này. Theo đó ,ta có đường tiến hóa đồng vị của CHUR và đường cong tiến hóa mẫu như sau: II. Nguyên lý của phương pháp Sm – Nd. Tại điểm giao tuyến của hai đường thì các giá trị về tỉ số (143Nd/144Nd) ban đầu là bằng nhau: Vì vậy tuổi mô hình của Sm-Nd được tính như sau: II. Nguyên lý của phương pháp Sm – Nd. III. Áp dụng phương pháp Sm – Nd trong xác định tuổi. 1. Xác định tuổi các đá cổ. Đá phun trào thành phần siêu mafic (komatit) ở Nam Phi, bị biến chất tướng phiến lục, khi phân tích bằng phương pháp Sm-Nd cho tuổi Isochron là 3,56 ± 0,24 tỷ năm. - Kết quả có được từ phương pháp Sm – Nd cho thấy rằng, đối với hệ đồng vị Sm – Nd vẫn không bị mở mặc dù đá đã trải qua quá trình biến chất. III. Áp dụng phương pháp Sm – Nd trong xác định tuổi. 2. Xác định tuổi các đá có lịch sử phức tạp. Các đá migmatit ở Nauy có thành phần thạch học khá phức tạp với sự trộn lẫn của thành phần granit và diorit. Các đá này đã trải qua các quá trình biến chất với mức độ khác nhau từ tướng amphibolit cho tới tướng granulit. Kết quả phân tích tuổi đẳng thời của đá tổng cho giá trị 2,64 tỷ năm. IV. Kết luận Từ các kết quả phân tích đầu tiên trên các Thiên thạch JUVINAS, phương pháp Sm – Nd đã chứng tỏ về khả năng áp dụng của nó để xác định tuổi đồng vị một cách hữu hiệu, đặc biệt cho các đá có tuổi cổ, các đá có lịch sử địa chất phức tạp. Chính vì vậy, phương pháp này có thể đáp ứng một phần cho Địa niên biểu trong việc định tuổi các đá mà các phương pháp khác cho ra kết quả không chính xác. Xin chân thành cảm ơn!