ИМГРЭ

Наиболее популярные геохимические модели строения и эволюции мантии (Zindler, Hart, 1986; Hofmann, 1997 и др.) предполагают вслед за ДеПаоло и Вассербургом (1976), что Sm-Nd система исходной мантии Земли отвечала хондритам с современными значениями Sm/Nd=0.325 и ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd=0.512638. Это предположение, при всей его простоте и заманчивости, никогда не было строго доказано и по мере накопления изотопных данных для пород мантийного происхождения порождает нарастающее количество противоречий:

1. Наиболее продуктивным источником расплавовна Земле оказывается обедненная мантия с e _Nd > 0, казалось бы, уже лишенная такой возможности. Примитивная (не истощенная) мантия, напротив, не проявляет себя систематически какими-либо породами гомогенного изотопного состава или в качестве конечного члена смеси. Мир геохимиков молчаливо признает это обстоятельство, используя для оценок возраста субстрата пород T^Nd(DM), а не T^Nd(CHUR)..
2. В частности, щелочные базальты континентов и океанов, реал_edо обогащенные некогерентными элементами, оказываются в большинстве своем продуктами обедненной мантии.
3. Крайне противоречивым оказывается происхождение базальтов HIMU.. Их источник является отчетливо обогащенным в U-Pb системе, в последние ~1.8 млрд.лет в нем было повышенное U/Pb отношение. Сами эти породы также заметно обогащены U, Pb, Rb, Sr, LREE, имеют в несколько раз повышенные U/Pb, Rb/Sr, La/Lu отношения в сравнении с океаническими толейитами, но по Sr-Nd изотопной систематике их источник оказывается обедненным (e _Nd ~ 5).
4. Коэффициенты распределения Sm и Nd при частичном плавлении перидотитов различаются не более, чем на 10-15%, откуда следует, что многие базальты должны иметь Sm/Nd отношение, незначительно отличающееся от пород источника. При этом на Земле практически отсутствуют базальтоиды, имеющие одновременно изотопный состав неодима и Sm/Nd отношения близкие к CHUR..
5. Масс-балансовые расчеты для Sm-Nd изотопной системы мантии, учитывающие экстракцию коры, заставляют ограничивать объеобедненной мантии только верхней ее четвертью (по массе), что приблизительно отвечает глубине 660 км. В этом случае моделируемые различия в Sm/Nd отношениях обедненной и исходной мантии обеспечивают разницу изотопных отношений неодима в 9 e _Nd, что уже близко к составу MORB.. При этом баланс между корой и мантией для Rb-Sr системы катастрофически не сходится, т.к. рубидия в верхней мантии не хватило бы для формирования континентальной коры даже при абсолютно полном выносе рубидия из верхней мантии в кору. Чтобы согласовать концентрации Rb (а также Pb, Th, U и др.) между корой, примитивной мантией и обедненной мантией, необходимо предполагать, что экстракция корового вещества захватывала не только верхнюю, но и нижнюю мантию.

Результаты интерпретации сейсмотомографии (Yung Ji, Nataf, 1998 и др.), позволяют предполагать, что нижнемантийное вещество участвует в глобальных геодинамических процессах, проявленных на поверхности. Отсюда логично допустить, что вещество земной коры могло быть экстрагировано не только из современной верхней мантии, а из большей ее части, вплоть до 100 %. Масс-балансовые расчеты показывают, что экстракция коры из половины вещества мантии привела бы к современной разнице изотопного состава неодима примитивной и деплетированной мантии менее, чем в 4 e Nd. Если в этом процессе участвовала вся (или почти вся) мантия, то изотопный эффект будет менее 2 e Nd.

В этом отношении показательно, что максимальные изотопные отношения неодима толейитов MORB и щелочных океанических базальтов различаются на 4 единицы e Nd.

Поскольку деплетированная мантия, как источник MORB, имеет вполне определенные изотопные характеристики (e Nd ~ 10 - 12), следует допустить, что изотопный состав неодима примитивной мантии имеет e Nd ~ 7 - 9. Если первичный изотопный состав мантии Земли отвечал хондритам, то указанные современные изотопные отношения могли возникнуть, при Sm/Nd в примитивной мантии 0.345 - 0.350. Такое отличие от хондритовой модели состава первичной мантии (6 - 7%) слишком мало, чтобы его можно было уловить прямыми определениями состава тех или иных земных пород. Для проверки выдвинутой гипотезы, возможно, потребуется проведение специальных изотопных исследований.

1. DePaolo D.J., Wasserburg G.J. Nd isotopic variations and petrogenetic models. Gephys. Res. Letters. 1976. 3: 249-252.
2. Hofmann A.W. Mantle geochemistry: the message from oceanic volcanism. // Nature. 1997. 385: 219-229.
3. Yung Ji, Nataf H.-C. Detection of mantle plumes in the lower mantle by diffraction tomography: Hawaii. // Earth and Planetary Science Letters. 1998. 159: 99-115.

Zindler A., Hart S.R. Chemical geodynamics. // An Rev. Earth Planet. Sci. 1986. 14: 493-571.