ÓCEÁNOK GEOKÉMIÁJA
3. A NAP ÉS A FÖLD GEOFÁZISAINAK ÖSSZETÉTELE
3.1. A Nap összetétele
Meteorokat a közös eredet folytán gyakran hasonlítjuk össze a Nap elemi összetételével, amelyről azt gondoljuk, hogy a Föld köpenyével is kapcsolatban van. A fő különbség az, hogy a nagyon illékony elemek a Föld típusú bolygókban és különösen a meteoritokban a csekély gravitációs erő és a napszél hatására lecsökkentek.
3–1. táblázat. A Nap és az Orgueil kondrit (CI) összetétele (PALME1988, JONES2005 után)
σ= becsült bizonytalanság, × atomok a H12-höz viszonyítva, egyébként koncentráció ppm-ben ha nincs másként megadva.
3.2. A Föld geofázisainak összetétele
A Föld összetételét kémiai elemzés segítségével ismerjük meg. A megismerés pontossága határt szab a részletesebb következtetések mélységének, sőt irányának is. Az elemzés pontosságán túl a kőzettani egységek mértékének, ill. az egészben elfoglalt hányadának ismerete legalább akkora, ha nem nagyobb szerepet kap a végeredmény kialakításában.
Ezért a geokémiai gondolkodás függvénye a mintára vonatkozó kémiai elemzés teljesítményének, s amikor egy-egy képződmény összetételére vonatkozó táblázatot elemzünk tisztában kell lennünk, az adatok pontosságának mértékét megszabó tényezőkkel. Az 1950 előtti korból sok kőzet kémiai elemzési adatai állnak rendelkezésünkre, de nagyon kevés a nyomelemekre vonatkozó megbízható adat. Az Egyesült Államok 1951-ben standard minta létrehozása céljából egy G–1 jelű gránit és egy W–1 jelű diabáz elemzését indítványozta, amely programban a világ legjobbnak tekintett laboratóriumai vettek részt. A Magyar Állami Földtani Intézet Járányi vezette laboratóriumának adatai az összes többi laboratóriumi adat középértékét közelítette. De minden laboratóriumban sokkal gyengébbek voltak az eredmények a nyomelemekkel kapcsolatban, amit az is mutat, hogy pl. az 5 legjobb laboratórium Sr-ra egy mintában a következő értékeket állapította meg (ppm-ben): 120, 250, 280, 450, 900, és hasonló szórás mutatkozott minden más nyomelem analízisre. Az adatok használhatóságának fokozására bevezették a variációk koefficiensének fogalmát azzal, hogy ez a standard deviáció és a középérték közötti %-ban kifejezett arányérték megbízhatóbb adatokat szolgáltat. Használhatóságát 3–1. ábra igazolja.
Az elemzési technika fejlődésében váratlan fordulat az 1960-as évek után következett be, mégpedig az atomabszorpciós és a mikrosugaras eljárások elterjedésével. A finomra őrölt minták anlízisének pontossága is nagymértékben fokozódott és a mikrosugaras eljárások, mint pl. az EMP, SIMS, La-ICP-MS lehetővé tették — fizikai szétválasztás nélkül — a kőzetüveg és egyes ásványszemcsék vizsgálatát a csiszolatokban, sőt az ásvány belső magjától a szélek felé változó összetétel megállapítását is. Manapság gyakori a kőzetüveg, ilyen módszerekkel lehetővé vált vizsgálata, abból a meggondolásból, hogy mivel ásványok még nem kristályosodtak belőle, a kőzetüveg a magma eredeti, nem differenciálódott állapotát képviseli.
Mivel bizonyos nyomelemekre <1ppm koncentráció kimutatása is lehetséges, képet kaphatunk az ásvány homogenitásáról vagy növekedése alatti változásról. Utóbbi azt jelenti, hogy az ásvány képződése során változó kémiai környezettel volt egyensúlyban s ebből a magmafejlődés történetére következtethetünk. Az eljárás az elemek partíciós koefficiensének experimentális meghatározásában is nagy szolgálatokat tesz.
Nem feladatunk a mintavétel szabályainak ismertetése6*. Amikor azonban egy kőzet, vagy geofázis összetételét egy táblázatban vizsgáljuk, arra is kell gondolnunk, hogy az adatok pontossága nemcsak az analízistől, hanem mint jeleztük a mintavételtől is függ. Különösen bonyolult helyzetben vagyunk, mert a kőzetek osztályozása során említettük, hogy nincs két, minden tekintetben egyforma kőzet (pl. gránit), akkor hogyan beszélhetünk a „gránit összetételéről”? Sok elemzés statiszitkai feldolgozása ad alapot határértékek kijelölésére, de tisztában kell lennünk azzal, hogy ettől mutatkozó többé-kevésbé határozott mértékű eltérés is normálisnak, de vizsgálandónak tekintendő.
A következő fejezetben a fontosabb geofázisok főleg nyomelem összetételét gyűjtöttük össze abból a célból, hogy lássuk különböző szerzők eltérő véleményét, adatait egy-egy földtani képződményről. Az eltérések könnyen beláthatók, ha meggondjuk egy-egy elem előfordulási gyakoriságának megállapításához szükséges adatok összeállításának roppant nehézségeit, pl. mennyi a kontinentális kéregben a holmium vagy germánium mennyisége. Az itt közölt adatokra többek között azért is van szükség, mert a szerzők vizsgálati adataikat az itt közöltek valamelyikére normalizálják.
A vizsgálatok során részben kalibrálási, részben viszonyítási célból szükséges nemzetközi standard minták beszerzése.
Többek közül említjük az U.S. Geological Survey (USGS) Geochemical Reference Materials and Certificates beszerzési helyeit ásványok, kőzetek analízise céljából. A minták főkomponensei oxidokban és számos nyomelem µg/g-ban van megadva.
3–1. ábra.A Hold 12070 jelű mintájában a ritkaföldfémek variációjának koefficiensei (a görbe alatti számok) és a kondritra normált értékek (MORRISON1971)
6* Elvileg nagy probléma a gyűjtött kézipéldányok, az ebből vett csiszolatok, és vizsgálati minták nagy variabilitása és az, hogy mennyire reprezentálják a szóban forgó kőzet nagy tömegét.
3–2. táblázat.A teljes Föld összetétele. Az adatok ppm-ben vagy tömeg%-ban vannak megadva (MCDONOUGH, SUN1995)
3–3. táblázat. A Földmag összetétele konc. ppm-ben és %-ban (MCDONOUGH, SUN1995)
3–4. táblázat. CI kondrit (ANDERS, GREVESSE1989), és a primitív köpeny (MCDONOUGH, SUN1995) nyomelemei
1HVE és MVE eltávolításával, sziderofilek és O egy részének a magba helyezésével ZINDLER, HART, (1986).
2Kis Si-Mg Föld, sziderofilek és O egy részének a magba helyezésével HART, ZINDLER(1986).
3Primitív felső köpeny RINGWOOD(1989) szerint.
4Primitív köpeny MCDONOUGH, SUN(1995) szerint.
5Primitív köpeny ALLEGRE` et al. (1995b) szerint.
3–5. táblázat. A köpeny (BSE, szilikát-Föld) összetétele különböző szerzők szerint. A CI kondritból kivonva a volatilis és sziderofil elemeket és valamennyi oxigént a mag képzése céljából (HART, ZINDLER1997)
3–6. táblázat. A primitív köpeny nyomelei (ppm)(WHITE2003)
3–7. táblázat.a) A kontinentális kéreg összetétele (RUDNICK, FOUNTAIN(1995), TAYLOR, MCLENNAN1995), b) A kontinentális kőzetek fő típusainak eloszlása (MCDONOUGH2003, WEDEPOHL1995 szerint)
a) b)
3–8. táblázat. Felső kontinentális kéreg főelem, nyomelem és ásványos összetétele (TAYLOR, MCLENNAN 1995, WEDEPOHL1995) szerint
Ti, Nb, Ta zárójelben, PLANK, LANGMUIR1992 szerint.
3–9. táblázat.A kontinentális kéreg összetétele RUDNICK, FOUNTAIN(1995), TAYLOR, MCLENNAN(1985, 1995), WEDEPOHL(1995) szerint, PLANK, LANGMUIR1992, SHAWet al. 1996 és WEAVER, TARNEY(1984) adatainak felhasználásával
3–10. táblázat. A MORB főkomponensei (LANGMUIR2000)
EPR= East Pacific Rise.
3–11. táblázat. A MORB nyomelemei-nek átlagos koncentrációja (HOFMANN
1997b)
3–12. táblázat.Bazaltokban ásvány/olvadék partíciós koefficiensek. A kompilációt BEATTIE(1994), CHAUSSIDON, LIBOUREL(1993), DUNN, SEN
(1994), HAURIet al. (1994), KENNEDY(1993) adatai alapján GREEN(1994) állította össze
A kis koefficiens értékű elemek a felzikus kőzetekben gyülekeznek. Az olivin szegény, a gránát gazdag nyomelemekben.
3–13. táblázat. A DMM modális ásványos és kémiai összetétele
* FeOT , PUMa = Primer Upper Mantle. (MCDONOUGH, SUN1995), N-MORBb = primer N-MORB üveganyagának átlagos összetétele Mg#c = g/(Mg+Fe2+) molarány, Mg# az N-MORB FeO tartalmának 90%-át jelenti, Cr#d = a Cr/(Cr+Al) moláris aránya (PRESNALL, HOOVER1987)
3–14. táblázat.A DMM izotóparányai
aBSE= Szilikátföld 4,55 G év,
bSr, Nd, Pb-adatok SUet al. (2003), DMM a MORB plumok nélküli átlaga, E-DMM az átlagosnál inkompatibilis elemekben gazdagabb,
cjelenlegi szülő/utód arány 3 G évtől számított folyamatos bomlással,
da MORBban levő egyensúlytalan U-sorozatból számítva (DICKIN1995).
3–15. táblázat. A DMM ásványainak átlagos nyomelem összetétele (RUDNICK1995)
ol = olivin, opx = ortopiroxém, cpx = klinopiroxén, sp = spinell.
3–16. táblázat. Bazaltok tektonikai helyzettől függő 18O izotópjainak eloszlása (HARMON, HOEFS1995)
3–17. táblázat.A szegényedett (DM) és gazdagodott (EMI) köpeny fontosabb paraméterei
3–18. táblázat.Az argon és hélium izotópjainak gyakorisága különböző geofázisokban (HARTet al. 1985)
3–2. ábra. A gazdag és az elszegényedett DMM inkompatibilis elemei (SALTERS 1996, WORKMAN, HART2005)