Stronzio
Rubidio
°
A
Ox. State +1: Raggio ionico: 1.48
°
Ox. State +2 Raggio ionico: 1.13 A
°
Raggio ionico K: 1.33 A
Ca: Raggio ionico: 0.99 A°
Il Rb sostituisce il K in:
Lo Sr sostituisce il Ca in:
Miche (bi, mu, flog, ecc.)
Plag, apatite, CaCO3
K-Feld (poco)
Pirosseni (diopside)
Argille (illite)
Talvolta, Sr-->K in K-feld
Evaporiti (silvite, carnallite)
KCl
KMgCl3 - 6H2O
(molto piu’ che Rb)
Stronzianite, celestite
SrCO3
Ca5(PO4)3(OH,F,Cl)
SrSO4
SreRbneiprocessidievoluzionemagma5ca
Lo Sr tende ad entrare in minerali di prima cristallizzazione tipo
pirosseni e plagioclasi mentre il Rb tende a rimanere nella fase
fusa. Infatti, il Rb entra solo (e poco) nei K-feldspati (ma lo Sr di
piu’) e in minerali di ultima formazione!
Minerali di prima cristallizzazione
Rb/Sr
Aumento del rapporto
Minerali di ultima cristallizzazione
Durante processi di fusione del Mantello terrestre e di produzione di crosta
contintentale il rapporto Rb/Sr aumenta nei fusi (i.e. magmi e crosta
continentale) e diminuisce nel mantello superiore che via via si impoverisce in Rb
e Sr. Fusi riolitici (o granitici) tendono ad altissimi Rb/Sr
IL MANTELLO TERRESTRE ha Rb/Sr più basso di
quello della CROSTA CONTINENTALE (Rb +
incompatibile di Sr durante la fusione del mantello) e quindi
svilupperà rapporti 87Sr/86Sr più BASSI
• Rocce Vulcaniche mafiche recenti (o comunque ricalcolate
al momento della loro eruzione o messa in posto) avranno
in genere 87Sr/86Sr piuttosto basso.
• Le rocce magmatiche evolute (anche esse ricalcolate al
momento di eruzione o messa in posto) hanno alti Rb/Sr e
possono sviluppare alti 87Sr/86Sr (a seconda di quanto
rimangono all’interno della Crosta)
La CROSTA CONTINENTALE ha ALTO Rb/Sr (Rb +
incompatibile di Sr durante la fusione del mantello) e quindi
svilupperà rapporti 87Sr/86Sr tanto più alti quanto più è vecchia
• La Crosta inferiore ha Rb/Sr Più BASSI della CROSTA
SUPERIORE (rifusione crostale con plagioclasio residuo)
à nel tempo la crosta inferiore sviluppa 87Sr/86Sr minori di
quelli della CROSTA SUPERIORE
• I processi di alterazione superficiale e la ri-deposizione di
sedimenti può frazionare in maniera significativa Sr da Rb
• Alto Rb/Sr in argilliti (in tutti i minerali argillosi)
• Basso Rb/Sr in acqua di mare e quindi in carbonati
Srisotopechronostra5graphy
Lo Sr ha un tempo di residenza lungo negli Oceani a causa alla sua mobilita’ in fase fluida Questo vuol dire che una particella di
Sr che arriva nell’Oceano resta in soluzione a lungo (e non riprecipita) mescolandosi con lo Sr gia’ presente. IL RAPPORTO ISOTOPICO 87Sr/86Sr NEGLI OCEANI E’ BEN MESCOLATO E QUINDI OMOGENEO
OGGI LA COMPOSIZIONE ISOTOPICA DEGLI OCEANI E’ UNIFORME
Nel passato questa composizione e’ variata a seconda degli inputs:
• continentale: (fiumi --> ± alterazione/erosione, fasi glaciali/interglaciali etc etc).
• Magmatico: (fluidi idrotermali in dorsali, erosione di complessi vulcanici giovani etc)
Esempiodibilanciodimassaa:uale(credo)
Srisotopechronostra5graphy
Assumendo che gli scheletri di organismi fossili
registrino la composizione dell’acqua di mare e’
stata sviluppata da fossili ad eta’ conosciuta una
curva di evoluzione di 87Sr/86Sr dal Fanerozoico
ad oggi.
In teoria, misurando 87Sr/86Sr di uno scheltro
calcitico ad eta’ sconosciuta si puo’ riportare
sulla curva e calcolarne le eta’.
ApplicazioniSrchronostra5graphy:correlazionestra5grafiche
Ilsistema147Sm-143Nd
λ = 6.54 x 10-13 a-1 (T1/2 106 Ga)
143Nd/144Nd
= (143Nd/144Nd)o + (147Sm/144Nd) (eλt -1)
LeTerreRare(REE)
Sia Sm che Nd appartengono alle Terre Rare ed in particolare alle REE Leggere
Le REE sono uno dei gruppi di elementi in traccia più importanti per lo
studio delle rocce ignee, sedimentarie e metamorfiche.
LREE
MREE
HREE
Ca: 0.99
Sono tutte +3 (salvo Eu (+2) e Ce (+4)), e diminuiscono il loro raggio
ionico all’aumentare di Z (“contrazione lantanidica”)
• L e R E E s o n o e l e m e n t i i n t r a c c i a
moderatamente incompatibili
• Talvolta si ritrovano in alcuni minerali (di tarda
genesi), dove vanno a sostituire gli elementi
maggiori
ü Apatite [Ca5(PO4)3(OH,F,Cl)] , zircone (ZrSiO4),
allanite [(Ca, Ce, La, Y)2(Al, Fe)3(SiO4)3(OH)] ,
Monazite
ed altri minerali accessori possono
allocare discrete quantità di REE.
• Feldspati, biotite e apatite tendono a
concentrare le LREE mentre pirosseni e granati
comunemente allocano le HREE.
• In processi di fusione o cristallizzazione Nd e’ leggermente piu’ incompatibile
di Sm, tuttavia il raggio ionico molto simile li rende piuttosto simili.
• L’alta carica e la tendenza ad idrolizzarsi (formare composti con OH-) rende le
terre rare relativamente immobili nei fluidi
ChondritenormalisedREEpa:ern
SENORMALIZZIAMOALVALOREDELLECHONDRITI..
[Sm/Nd]CHUR<1
[Sm/Nd]CHUR>1
Concentrazioni delle
REE normalizzate alla
condrite per fusi prodotti
a vari valori di F via
melting di una lherzolite
a granato
<-- Incompatibilità crescente
Eventi successivi di estrazione di fusi (MORB) con Dsol/liqNd< Dsol/liqSm lascia il mantello superiore da
cui si formano I MORB impoverito in Nd rispetto a Sm cosicche’ I MORB attuali hanno pattern LREE/
MREE negativi e [Nd/Sm]CHUR <1
Gli OIB che derivano da un mantello piu’ profondo e non impoverito hanno invece pattern che
riflettono la paragenesi ed I coefficienti di ripartizione (in pratica riflettono la presenza di granato
nel residuo della sorgente)
IL MANTELLO TERRESTRE ha Sm/Nd PIÙ ALTO di
quello della CROSTA CONTINENTALE (Sm leggermente
meno incompatibile di Nd durante la fusione del mantello) e
quindi svilupperà rapporti 143Nd/144Nd più ALTI
• Rocce Vulcaniche mafiche recenti (o comunque ricalcolate
al momento della loro eruzione o messa in posto) avranno
in genere 143Nd/144Nd piuttosto alto.
• Le rocce magmatiche evolute (anche esse ricalcolate al
momento di eruzione o messa in posto) hanno Sm/Nd
molto simile a quelle delle rocce mafiche à poco
frazionamento à poche differenze in 143Nd/144Nd
La CROSTA CONTINENTALE ha BASSO Sm/Nd (Sm
leggermente meno incompatibile di Nd durante la fusione del
mantello) e quindi svilupperà rapporti 143Nd/144Nd tanto più
bassi quanto più è vecchia
• La Crosta inferiore ha Sm/Nd molto simile alla CROSTA
SUPERIORE (nessun minerale che fraziona Sm da Nd
durante differenziazione della crosta) à poca differenza in
143Nd/144Nd
• I processi di alterazione superficiale e la ri-deposizione di
sedimenti NON FRAZIONA in maniera significativa SM da
ND à Rapporto 143Nd/144Nd dipende quasi unicamente
dall’età della crosta e non dai processi successivi
CHUReMODELAGES
Le REE sono elementi refrattari (condensano da fasi gassose ad alte temperature, resistenti as alte
temperature) e formano composti a loro volta refrattari quindi non vennero frazionati nella nebula
solare da cui si sono formate le chondriti e la Terra.
Si puo’ assumere che la Terra abbia mediamente lo stesso rapporto (medio)
147Sm/144Nd delle condriti CHUR (Chondritic Uniform Reservoir) = 0.1967
Assumendo che la nebula fosse omogenea ne deriva che al momento della sua formazione avesse lo
stesso 143Nd/144Nd delle chonditi, e quindi, avendo identico Sm/Nd, che lo abbia avuto durante ogni
istante della sua storia e dunque anche adesso [143Nd/144Nd]CHUR = [144Nd/144Nd] BULK EARTH= 0.512638
[147Sm/144Nd]tCHUR = [147Sm/144Nd]t EARTH
e
[143Nd/144Nd]t CHUR = [144Nd/144Nd]t EARTH
Quindi calcolando l’evoluzione del rapporto del CHUR nel tempo equivale a calcolare l’evoluzione
della BULK EARTH (ovvero la Terra nel suo insieme)
143Nd/144Nd
0.512638
= (143Nd/144Nd)o + (147Sm/144Nd) (eλt -1)
0.1967
εnota5on
Secondo molti e’ piu’ facile rappresentare il rapporto isotopico del Nd non come valore
assoluto ma come la sua distanza dal valore CHUR e quindi BULK EARTH.
[147Sm/144Nd]MANTLE>[147Sm/144Nd]CHUR/BSE
[147Sm/144Nd]CRUST<[147Sm/144Nd]CHUR/BSE
Sm-Ndmodelages
ASSUNZIONE 1: LA CROSTA TERRESTRE E’ CREATA DAL MANTELLO TRAMITE MAGMATISMO
ASSUNZIONE 2: IL MANTELLO HA LA STESSA COMPOSIZIONE DEL CHUR/BULK SILICATE EARTH (BSE) DURANTE
TUTTA LA SUA STORIA (probabilmete e’ vera per il mantello inferiore non impoverito).
Prendo un campione di roccia crostale
misuro 143Nd/144Nd e Sm/Nd attuale e
calcolo la sua evoluzione indietro nel
tempo.
Il momento t = τ in cui il Mantello
(=CHUR=BSE) e la mia roccia avevano lo
stesso 143Nd/144Nd E’ IL MOMENTO IN CUI iL
MIO CAMPIONE SI E’ FORMATO.
Questo momento e’ rappresentato
dall’incrocio delle 2 rette (CHUR e
Campione). L’incorcio equivale
all’allineamento orizzontale nel grafico
isochrono 143Nd/144Nd vs 147Sm/144Nd.
ASSUNZIONE 3: dal momento della
formazione del mio campione ad oggi non e’
avvenuto nessun frazionamento tra Sm e Nd.
Lomisuro
Lomisuro
143Nd/144Nd
= (143Nd/144Nd)t+(147Sm/144Nd) (eλt -1)
Come si calcola il tempo t = τ ?
L’intersezione delle due rette e’ quando (143Nd/144Nd)0 e’ lo stesso in entrambe le equazioni e quindi per
calcolare t = τ in quel momento basta sottrarre una retta dall’altra, quindi:
Un’eta’ ottenuta in questo modo e’ definita MODEL AGE poiche’ calcolata sul modello di evoluzione condritica
della terra, o CRUSTAL RESIDENCE TIME perche’ fornisce una stima di quanto tempo un determinato
campione e’ rimasto nella crosta.
Dato che la crosta ha Sm/Nd piu’basso del CHUR il mantello avra’ ottenuto un Sm/Nd piu’ alto
del CHUR (per bilanciare). Quindi assumere che il mio campione si sia formato da un mantello
con composizione CHUR e’ sbagliato:
Una possibile soluzione e’ calcolarsi allo stesso modo la composizione del Mantello impoverito
(DM) assumendo un valore ipotetico di 143Nd/144Nd (dai MORB) e un valore di 147Sm/144Nd
(arbitrario, in figura quello che permetta di arrivare al CHUR a 4.6Ga in un solo step )
Dall’intersezionedellecurve:
LEROCCEPRESENTISULLACROSTATERRESTRERIFLETTONOIRAPPORTITIMEINTEGRATED
DELLELOROSORGENTIEQUINDIILBILANCIODIMASSADELLATERRA
AlcuniMAGMI(MORB)mantellici
suggerisconorappor55me
integratedIMPOVERITI
nell’elementopiu’incompa5bile
(e.g.bassoRb/Sr,altoSm/Nd)chesi
rifle:ononeirappor5snel
diagramma).
Altri(OIB,con5nentalbasalt)sonoa
cavallodelmantelloprimordiale
(bulkearth)
Altri,sopratu:olacrostasembrano
alcontrarioarricchi5(inbassoadx).
Ilbilanciototalesembratornare
perche’c’e’siarobasopracheso:o.
Due reservoir originariamente omogenei evolvono fino ad oggi sviluppando diversi
rapporti isotopici
• Crosta Continentale
! alto rapporto isotopico 87Sr/86Sr
• Mantello Residuo impoverito (DM) ! basso rapporto isotopico 87Sr/86Sr
0.725
87Sr/86Sr
0.720
0.715
0.710
0.705
0.700
0.695
0
1
2
3
4
5
By da oggi
Questo è il concetto di rapporto padre/figlio (Rb/Sr in questo caso) “time-integrated”
che determina la composizione isotopica di un qualsiasi reservoir (roccia, substrato,
minerale etc etc) presente oggi sul Pianeta Terra
εnota5on
Secondo molti e’ piu’ facile rappresentare il rapporto isotopico del Nd non come valore
assoluto ma come la sua distanza dal valore CHUR e quindi BULK EARTH.
[147Sm/144Nd]MANTLE>[147Sm/144Nd]CHUR/BSE
[147Sm/144Nd]CRUST<[147Sm/144Nd]CHUR/BSE
MORBeOIB
Subduc-onrelatedyoungmagmas–IntraOceanArcs
Con-nentalCrustandsediments
Subduction related young magmas – anomalously enriched mantle wedge
MORB
Mediterranean Lamproites
Marianas
tonga
15
DM
10
εNd
5
0
-5
GLOSS
(sediments)
-10
-15
0.700
0.705
0.710
87
86
0.715
Sr/ Sr
0.720
0.725
Alcune rocce vulcaniche anche recenti possono avere rapporti isotopici molto simili alla crsota
continentale, nel caso in cui la loro sorgente sia fortemente riarricchita dal riciclaggio di sedimenti tramite
subduzione
EsempiapplicazioniisotopiNd:CircolazioneOceanica
IlNdèpocomobileinfasefluidaedhatempidiresidenzanegliOceani
bassiàvariazioniisotopichesignifica5venegliOceani(rapportonon
omogeneocomeperSr)chedipendonodagliinputcrostali
RelazionetrasalinitàeisotopiNdàilNdpuòessereusatocometracciantedimassediacqua
