Samaariumi-neodüümi meetod

Samaariumi-neodüümi meetod on isotoopmeetod, mis põhineb samaariumi isotoobi ¹⁴⁷Sm α-lagunemisel neodüümi isotoobiks ¹⁴³Nd.

Meetodit kasutatakse peamiselt eelkambriumi vanusega magma- ja moondekivimite dateerimiseks ning magma päritolu hindamiseks. Meetodi eeliseks on samaariumi-neodüümsüsteemi vastupidavus moondele ja murenemisele, sest need elemendid on keemiliselt väga sarnased (kuuluvad lantanoidide hulka, on mõlemad kolmevalentsed ja on sarnase ioonraadiusega).

Sm ja Nd geokeemiast

Lantanoidid on enamasti kolmevalentsed ning nende ioonraadius väheneb vastavalt järjenumbri suurenemisele (lantaani ioonraadius on 1,15 Å, luteetsiumil aga 0,93 Å). Lantanoidid on suhteliselt haruldased elemendid, mis esinevad jälgelementidena peaaegu kõigis kivimeis, asendades kristallstruktuuris sarnaste omadustega elemente. Elemendid ei asenda teisi elemente mineraalide kristallstruktuuris juhuslikult, vaid kindlate seaduspärasuste alusel. Seetõttu on raskete ehk suurema massiarvuga lantanoidide kontsentratsioon kõrgem näiteks pürokseenides, amfiboolides ja granaatides, kerged lantanoidid on aga eelistatult näiteks päevakivide, biotiidi ja apatiidi koostises.

Samaarium ja neodüüm kuuluvad mõlemad nn kergete lantanoidide hulka ehk nende järjenumbrid on väiksemad kui 63, vastavalt samaariumil 62 ja neodüümil 60. Nende sisaldus Päikesesüsteemis on 8,279·10⁻¹ Nd ja 2,582·10⁻¹ Sm aatomit miljoni räni aatomi kohta. Seega on Sm/Nd suhe Päikesesüsteemis 0,31. Et samaarium on raskem kui neodüüm, on teda suhteliselt rohkem pürokseene sisaldavais aluselistes ja ultraaluselistes kivimeis (Sm/Nd suhe komatiidis 0,317) ning vähem peamiselt päevakive sisaldavais keskmistes ja happelistes kivimeis (Sm/Nd suhe rüoliidis 0,215). Siiski ei ületa samaariumi kontsentratsioon mitte üheski kivimis ega mineraalis neodüümi kontsentratsiooni.

Tulenevalt sellest, et kergete lantanoidide ioonraadius on suurem, on kivimite osalisel sulamisel Nd eelistatult ülessulanud magmas ning Sm eelistatult sulamisest puutumata jäänud kivimeis. Seega on magma võrreldes lähtekivimiga neodüümist rikastunud ning samaariumist vaesunud. Sel põhjusel on ka maakoores neodüümi võrreldes samaariumiga rohkem kui vahevöös, sest kogu maakoor on algselt ühtse ainese ülessulamise ja diferentseerumise tulem.

¹⁴⁷Sm α-lagunemise poolestusaeg on 1,06·10¹¹ aastat, mis teeb lagunemiskonstandiks λ = 6,54·10⁻¹² aastas.

Metoodika

Et samaarium massiarvuga 147 laguneb pidevalt neodüümiks massiarvuga 143, suureneb vastava neodüümi isotoobi kontsentratsioon mineraalides vastavalt valemile 1.

Valem 1: ${\frac {{}^{143}\!Nd}{{}^{144}\!Nd}}=({\frac {{}^{143}\!Nd}{{}^{144}\!Nd}})_{i}+{\frac {{}^{147}\!Sm}{{}^{144}\!Nd}}(e^{\lambda t}-1)$

Valemis 1 on ainsaks tundmatuks t ehk aeg aastates, mis on võimalik arvutada. Ülejäänud on kas olemas algandmetena või loetavad andmete põhjal koostatavalt isokroondiagrammilt.

$({\frac {{}^{143}\!Nd}{{}^{144}\!Nd}})_{i}$ on 143Nd ja 144Nd suhe ajahetkel null (i – initial). See suhe on funktsiooni vabaliige ehk diagrammil punkt, kus sirge ehk isokroon lõikub y-teljega.

$(e^{\lambda t}-1)$ on aga sirge tõus. Mida järsem tõus, seda vanema mineraali/kivimiga on tegemist. Ajahetkel null oleks isokroon horisontaalne.

Kirjandus

• Faure, Gunter & Mensing, Teresa M. (2004). Isotopes: Principles and Applications (3. trükk). Wiley. Lk 194–213. ISBN 0471384372
• Brownlow, Arthur H. (1995). Geochemistry (2. trükk). Prentice Hall. Lk 61–69. ISBN 0133982726

Välislingid

• Animeeritud õppematerjal Sm-Nd meetodist (inglise keeles).