Überblick über die Sr-Nd-Hf-Geochemie
Langlebige radiogene Isotope – insbesondere Strontium (Sr), Neodymium (Nd) und Hafnium (Hf) – wurden in den Bereichen der festen Erde und der Erdsystemwissenschaften weit verbreitet verwendet, um die Entwicklung von magmatischen und metamorphen Gesteinen, sowie die Quellenverfolgung zu untersuchen von Sedimente, kontinentale Verwitterungsregime, Staubherkunft, hydrothermale Einträge in die Ozeane und vergangene und gegenwärtige Ozeanzirkulationsmuster. Diese langlebigen radiogenen Isotope zeichnen sich durch einen im Vergleich zum Alter des Sonnensystems langsamen Zerfall des Mutterisotops aus.
Die Isotopenarten Strontium (Sr), Neodym (Nd), Hafnium (Hf) und Blei (Pb), die üblicherweise in geochemischen Studien verwendet werden
Strontium hat vier natürlich vorkommende Isotope (88Sr, 87Sr, 86Sr, 84Sr) mit einer Häufigkeit von etwa 83%, 7%, 10% bzw. < 1%. Strontium-87 wird durch Beta-Zerfall von87Rb mit einer Halbwertszeit von 48,8 Milliarden Jahren produziert. Bei geologischen und Umweltuntersuchungen wird typischerweise das Verhältnis 87Sr/86Sr verwendet. Im Samarium-Neodym-System (Sm-Nd) zerfällt 147Sm zur radiogenen Tochter 143Nd mit einer Halbwertszeit von 106 Milliarden Jahren.
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Geochemischer Fingerabdruck und Quellenverfolgung
Das 87Sr/86-Verhältnis ist eine Funktion der Rb-Konzentration, des geochemischen Ursprungs und des Alters des Ausgangsgesteins. Aufgrund der hohen Masse von Sr bleibt das Verhältnis im Wesentlichen unverändert, wenn das Gestein verwittert und sich durch den Wasserkreislauf und die Nahrungskette bewegt. Daher wird das 87Sr/86Sr-Verhältnis ausgiebig bei geochemischen Fingerabdrücken, Quellenverfolgung, Kontaminationsvorhersage und Migrations-/Mobilitätsstudien verwendet.
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Geochemischer Fingerabdruck von Staub (Sharifi et al, 2018, EPSL).
Geologie
Die Differenzierung von Sm und Nd während der Schmelz- und Magma-Entwicklung zusammen mit dem Einwachsen von 143Nd führt zu charakteristischen 143Nd/144Nd -Fingerabdrücken in Gesteinen, die je nach Alter und Lithologie variieren.
Der radioaktive Zerfall von 176Lu zu 176Hf mit einer Halbwertszeit von 35,9 Milliarden Jahren hat sich als sehr effektives Instrument erwiesen, um die Geschichte des Sonnensystems und die Entwicklung der Mantelkruste zu verfolgen. Die Nd- und Hf-Isotopenzusammensetzung wird typischerweise in der Epsilon-Notation (εNd und εHf) ausgedrückt, die die Abweichung der gemessenen 143Nd/144Nd – und 176Hf/177-Verhältnisse von dem Bulk Chondritic Uniform Reservoir (CHUR) von 0,512638 bzw. 0,282785 in Teilen angibt pro 10.000.
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Staubquelle und atmosphärische Zirkulation
Strontium-Neodym-Hafnium-Isotope (Sr-Nd-Hf) sind in vielen geologischen Umgebungen inhärent und wurden daher verwendet, um den Ursprung von Sedimenten und Staub zu verfolgen. Durch die Verfolgung der Staubzusammensetzung basierend auf diesen Isotopen ist es möglich, die wahrscheinlich entstehende geologische Umgebung zu lokalisieren.
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Verweise
Sharifi, A., Murphy, L.N., Pourmand, A., Clement, A.C., Canuel, E.A., Beni, A.N., Lahijani, H.A., Delanghe, D. and Ahmady-Birgani, H., (2018). Early-Holocene greening of the Afro-Asian dust belt changed sources of mineral dust in West Asia. Earth and Planetary Science Letters, 481, pp.30-40. DOI: 10.1016/j.epsl.2017.10.001