•Izotopová geochemie – Vzácné plyny
•
ascr mu LOGO-GFZ logo vut

prosetin-dravit
•Lithium
•Vzácné plyny

prosetin-dravit
•Vzácné plyny
•
•VIII.A = 18. skupina, 8 valenčních elektronů, elektronová konfigurace ns2np6 (kvůli zcela
zaplněným valenčním orbitalům téměř nereagují)
•
•Lehké bezbarvé plyny bez chuti a zápachu
•
•Nehořlavé, nevýbušné, nedýchatelné
•
•Mají vysoké ionizační energie, vyskytují se jako jednoatomové částice
•
•
•

•
•3He není produktem žádného endogenního procesu
–Veškerá zásoba 3He na Zemi je primordiální, popř. donesená později např. ve formě slunečního větru
•
–
prosetin-dravit
•Helium
•
•4He je radiogenního původu (alfa částice)
–238U → 8x 4He
–235U → 7x 4He
–232U → 6x 4He
–
–
–
–
•
•He jako jediný ze vzácných plynů uniká samovolně z atmosféry
–Průměrný čas setrvání částic 3He v atmosféře je 10 Ma
–Tento jev značně usnadňuje izotopovou geochemii He oproti ostatním vzácným plynům
–

prosetin-dravit
•Helium
•
•Atmosféra obsahuje 5,24 ppm He
–4He/3He = 750000; 3He/4He = 1,3 x 10-6 = 1 RA
–Izotopické poměry He se zpravidla udávají normalizovány na atmosférický poměr (R/RA)
–
–
–
•
–
–
•
•Kontaminace atmosférou je u He mnohem méně patrná než u těžších vzácných plynů
–
–
–

•
•MORB (bazalty středooceánských hřbetů) mají relativně homogenní hodnoty 3He/4He = 8 ± 1 RA
•
•OIB (bazalty oceánských ostrovů) mají naopak velmi rozkolísné izotopické poměry v rozmezí 1 – 50
RA
•
•
•
•
•
prosetin-dravit
•Helium
•
•
•
•Kontinentální kůra (zejména sedimenty) má obecně extrémně nízký poměr 3He/4He = 0,01 RA  (je téměř
dokonale odplyněná a obsahuje tedy pouze radiogenní 4He)
•
•
•

•
•Recyklace materiálu svrchního pláště trvá v průměru cca 500 Ma, měl by tedy být kompletně zbaven
primordiálnáho He
•
•3He není zanášeno zpět do pláště pomocí subdukce
prosetin-dravit
•
•3He ve svrchním plášti (zdrojový materiál pro MORB) má v tedy pouze dva možné zdroje:
–Difúze skrze 670 km diskontinuitu (hranice svrchní – spodní plášť)
–Transport ze spodního pláště pomocí horkých skvrn
•
•Helium

•
•Izotopová geochemie Ne se řídí podobnými principy jako He se dvěma podstatnými rozdíly:
–Ne má tři stabilní izotopy (20, 21, 22)
–Povrchové vzorky podléhají velmi snadno atmosférické kontaminaci
•
•20Ne a 22Ne jsou primordiálního původu
•
•21Ne je produktem následujících rozpadů:
–18O → 21Ne
–24Mg → 21Ne
•
prosetin-dravit
•Neon
•

prosetin-dravit
•
•Ne 3-isotope diagram
–Izotopické poměry Ne jsou v praxi výsledkem pouze termodynamické (kinetické) frakcionace, vliv
radiogenního Ne je zanedbatelný
–Míra frakcionace je nepřímo úměrná hmotnosti → 20Ne/22Ne je ovlivněn více než 21Ne/22Ne
–
–
–
•
•Atmosféra obsahuje 18,18 ppm Ne
–20Ne/22Ne = 9,8;  21Ne/22Ne = 0,03
–
–
–
•Neon

prosetin-dravit
•Neon
•
•Pokud iniciální poměry Ne na Zemi odpovídají Slunečním hodnotám, proč je atmosféra izotopicky
těžší???
•
•Preferenční frakcionace izotopu 20Ne do atmosféry by měla vést k větším poměrům 20Ne/22Ne
•
•Dosud nevysvětleno
–
–

prosetin-dravit
•Argon
•
•Izotopová geochemie Ar je jedinečná v několika aspektech
•
–Atmosféra obsahuje 1% Ar, získat přesné analýzy povrchových hornin  nezatížené kontaminací je
extrémně obtížné
–Izotopický kontrast mezi kosmochemickými i geochemickými rezervoáry Ar je obrovský
(40Ar/36Ar(atm) = 295; 40Ar/36Ar(MORB) = 45000)
–40Ar patří mezi nejvíce produkované radiogenní izotopy na Zemi (produkt rozpadu 40K)
•
•Využití izotopů Ar k petrogenetickým interpretacím je omezené, jejich hlavní význam leží v
geochronologii (metody K-Ar a Ar-Ar)

prosetin-dravit
•Krypton
•
•Šest stabilních izotopů
–78, 80, 82, 83, 84, 86
•
•
•
•
•
•
•
•
•Izotopické poměry ve všech známých terestrických materiálech odpovídají atmosférickým hodnotám → v
petrologii jsou tedy nepoužitelné
•...
•
•

prosetin-dravit
•Xenon
•
•Izotopy Xe se dají rozdělit do tří kategorií:
–
–Neradiogenní (primordiální): 124Xe, 126Xe, 128Xe, 130Xe
–
–129Xe, produkt již (v přírodě) neexistujícího izotopu 129I (poločas rozpadu 17Ma)
–
–Radiogenní produkty uranových a plutoniových rozpadových řad: 131Xe, 132Xe, 134Xe, 136Xe

prosetin-dravit
•Xenon
•
•Izotopická data pro MORBy ukazují na přítomnost rezervoáru se zvýšenými koncentracemi 129Xe
(produkt 129I) a radiogenních Xe izotopů (rozpad U/Pu)
•
•
•
•Je velmi obtížné určit kolik radiogenního Xe vzniká rozpadem U a kolik rozpadem Pu
•
•Na základě mírně odlišné produkce jednotlivých izotopů se předpokládá že cca 30% Xe je produktem
Pu rozpadové řady, nicméně některé petrogenetické i geochronologické interpretace jsou tímto značně
komplikovány
•
•
•

prosetin-dravit
•Xenon
•
•Kontinentální kůra obsahuje pouze radiogenní signaturu Xe
•
•Všechny dosud provedené analýzy na OIB dávají čistě atmosférické poměry neradiogenních izotopů Xe
–Jestli je tento jev výsledkem úplné kontaminace všech vzorků nebo shodných Xe izotopických poměrů
atmosféry a spodního pláště není dosud vysvětleno
–
•
•
•
•
•Jsou-li poměry pláště a atmosféry skutečně shodné, vysvětlení může být dvojí:
•
–Procesy které se podílí na frakcionaci lehčích VP nemají vliv na izotopy Xe (důvod??)
–
–Plášť je téměř dokonale promísen s atmosférickým Xe díky jeho snadné tendenci subdukovat narozdíl
od lehčích VP
•
•
•