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Kasten 3.17
Strontium- und Neodymisotope und ihre Verwen-
dung in der magmatischen Petrologie
Die meisten Elemente haben mehrere
Isoto-
pe
: ihre Atome haben zwar dieselbe Anzahl
an Protonen und Elektronen, aber eine un-
terschiedliche Anzahl an Neutronen. Einige
dieser Isotope sind instabil und zerfallen mit
der Zeit. Dieser
radioaktive Zerfall
, der eben
nicht nur bei Uran und Plutonium vor-
kommt, erfolgt auch bei so „gewöhnlichen“
Elementen wie Kalium oder Rubidium. Ab-
gesehen von der Möglichkeit, diesen radio-
aktiven Zerfall für die Altersdatierung von
Gesteinen oder geologischen Prozessen zu
verwenden, hat man festgestellt, dass insbe-
sondere zwei
Isotopensysteme
gut geeignet
sind, um unterschiedliche Ursprungsgebiete
von Schmelzen in der Erde voneinander zu
unterscheiden. Diese zwei Isotopensysteme
beruhen auf dem sehr langsamen radioakti-
ven Zerfall von
87
Rb zu
87
Sr und von
147
Sm zu
143
mit ihnen gut langfristige krustale Entwick-
lungsprozesse studieren kann. Neben diesen
zwei werden heute noch eine Reihe weiterer
Isotopensysteme eingesetzt, um insbeson-
dere die Inhomogenität des Erdmantels und
die Unterschiede zwischen Lithosphäre und
Asthenosphäre besser verstehen zu können.
Hierbei sind Blei-, Hafnium- und Osmiumiso-
tope von besonderer Bedeutung, daneben
aber auch die stabilen Isotope der Edelgase,
insbesondere He und Ne.
DM
0,5134
0,5132
0,5130
Nd (Abb. 3.54). Da Rb ein im Mantel in-
kompatibles Element ist, wird es im Laufe
der geologischen Geschichte in der Kruste
angereichert. Daher ist die Kruste reich an
Rb und dem daraus entstandenen
87
Sr. Der
an Rb verarmte Mantel dagegen ist relativ
arm an
87
Sr. Wenn man das Verhältnis zum
anderen, nicht durch einen radioaktiven Zer-
fall gebildeten Sr-Isotop
86
Sr bildet, kann
man krustale und mantelderivierte Gesteine
voneinander unterscheiden (Abb. 3.54).
Ähnlich funktioniert es mit dem Neodym.
Auch hier zeigen Verhältnisse des durch den
radioaktiven Zerfall des Samariums entstan-
denen Neodymisotops
Gesamterde
0,5128
0,5126
EM 2
Ober-
kruste
0,5124
EM 1
kontinentale
Kruste
0,5122
Unter-
kruste
0,5120
0,5118
0,702
0,704
0,706
0,708
0,710
0,712
87
Sr /
86
Sr
Nd und des „nor-
malen“ Neodymisotopes
144
Nd eindeutig
messbare Unterschiede in verschiedenen Tei-
len des Erdmantels und zwischen Erdmantel
und Erdkruste. Sowohl Samarium als auch
Neodym sind Seltenerdmetalle und daher
geochemisch sehr ähnlich. Sie werden ledig-
lich im Mantel durch partielle Schmelzbil-
dung voneinander getrennt, weshalb man
143
3.54
Sr-Nd-Isotopendiagramm mit wichtigen
Mantel-Endglied-Zusammensetzungen (EM1
und EM2 = verschiedene Varianten von „enri-
ched mantle“, also angereichertem Mantel,
DM = „depleted mantle“, also verarmter Man-
tel) und der Zusammensetzung der Gesamt-
erde (häufig CHUR oder „bulk Earth“ genannt).
Nach Rollinson (1993) und Faure (2001).
im Zusammenspiel mit einem Plume, der die
subkontinentale Lithosphäre ausdünnt, z. B. in-
dem er sie aufschmilzt und/oder zu den Seiten
wegdrückt und schließlich die kontinentale
Kruste zum Auseinanderbrechen bringt (Abb.
3.59).
Plumes
sind aus dem unteren Mantel
aufsteigende Gesteinspartien mit oder ohne
Schmelze. Man beachte, dass auch feste Ge-
