„Anul” si implicatiile anormale cu potasiu-Argon

Cuvinte cheie : andesite, fluxuri 1949–1975, Mt. Ngauruhoe, Noua Zeelanda, datare potasiu-argon, model anomal „varste”, exces 40Ar *, exces 40Ar * in roci si minerale, manta superioara, rezervoare geochimice, domenii de manta-crusta, amestecare crusta, geneza magmei

Aceasta lucrare a fost publicata initial in Proceedings of the IV Conference International on Creationism , pp. 503–525 (1998) si este reprodusa aici cu permisiunea Celleniei Creatiei Culturii din Pittsburgh (www.csfpittsburgh.org).

Introducere

Mt. Ngauruhoe este un stratovolcano andezit cu o altitudine de 2291 m, ridicandu-se deasupra masivului vulcanic Tongariro din cadrul Centrului vulcanic Tongariro din zona vulcanica Taupo, Insula Nordului, Noua Zeelanda (fig. 1) .1, 2 Desi nu este la fel de mediatizat ca vecinul sau Mt. Ruapehu (aproximativ 12 km spre sud), Ngauruhoe este un con impunator, aproape perfect, care se ridica la peste 1000 m deasupra peisajului din jur. Eruptiile dintr-un crater cu diametrul central de 400 m au construit pantele exterioare abrupte (33 °) ale conului.3, 4

Setare geologica

Zona vulcanica Taupo, un arc vulcanic si bazin marginal al sistemului de arcuri (subductie) Taupo-Hikurangi, 5 este o extensie spre sud pe arcul Tonga-Kermadec in mediul crustal continental al insulei Nordului din Noua Zeelanda. A fost interpretata ca subductia oblica a placii Pacificului sub placa australiana. Zona se extinde cu aproximativ 300 km nord-nord-est pe Insula Nordului de la Ohakune pana la Insula Alba (fig. 1) si are o latime de pana la 50 km in partea centrala, ingustandu-se spre nord si spre sud. Aceasta depresiune vulcanotectonica (depresiunea Taupo-Rotorua6) cuprinde patru centri ritolitici (Rotorua, Okataina, Maroa si Taupo), plus Centrul vulcanic calc-alcalin Tongariro, parte a unui arc vulcanic tanar (<0,25 Ma) si andezit-dacit fara asociat vulcanismul riolitic care se extinde de-a lungul laturii estice a zonei.7

Centrul vulcanic Tongariro se extinde pe o distanta de 65 km sud-sud-vest de lacul Taupo la capatul sudic al zonei vulcanice Taupo (fig. 1) si este format din patru vulcani mari andesitici (Kakaramea, Pihanga, Tongariro si Ruapehu; fig. 2) ; doua centre mai mici erodate la Maungakatote si Hauhungatahi; un con satelit si fluxurile asociate la Pukeonake; si patru cratere la Ohakune (fig. 2) .8, 9

Majoritatea orificiilor de aerisire se afla aproape de axa unui graben mare in care rocile vulcanice cuaternare deasupra unui subsol de grezwacke mezozoice si sedimente tertiare.10, 11 defectiuni in tendinta nord-nord-est, cu aruncari de pana la 30 m, care taie vulcanii din graben. Aproape toate orificiile de aerisire active in ultimii 10 ka se afla pe un arc bland, care se extinde la 25 km nord-nord-est de orificiul Rangataua de pe versantii sudici ai Ruapehu prin varful Ruapehu si orificiile de flancare nord, Tama Lakes, Ngauruhoe, Craterul Rosu, Lacul Albastru, si craterele Te Mari. Niciunul dintre aerisirile tinere nu se afla pe defectiile cartografiate, care se incadreaza in cea mai mare parte spre axa grabenului. Linia de ventilatie se afla deasupra acestei axe, care este considerata a marca o fractura de subsol majora care permite intruziunea digurilor andezite.12, 13, 14

Vulcanicele Tongariro se suprapun neconformist cu silturile marine tarzii ale Miocenului sub Hauhungatahi, iar o varsta minima pentru debutul vulcanismului este masurata de afluxul de pietricele de andezita in conglomeratele pleistocene timpurii din bazinul Wanganui spre sud.16, 17 Masivul Tongariro sunt andesite hornblende expuse la Lacurile Tama dintre Ngauruhoe si Ruapehu, la 0,26 ± 0,003 Ma; din Ruapehu, 0,23 ± 0,006 Ma; iar din Kakoramea, 0,22 ± 0,001 Ma (date potasiu-argon) .18

Tongariro in sine este un mare masiv vulcanic care consta din cel putin douasprezece conuri compozite, dintre care cel mai tanar si cel mai activ este Ngauruhoe. S-a facut o diviziune larga in mai vechi (> 20 ka) si mai tinere (<20 ka) lavas.19, 20 Exista o aliniere nord-nord-est a orificiilor mai tinere din Tongariro, deosebit de evidenta intre Te Mari si Ngauruhoe.

Ngauruhoe

Ngauruhoe este cel mai nou con al masivului Tongariro si a activat cel putin 2,5 ka.21, 22, 23 A fost unul dintre cei mai activi vulcani din Noua Zeelanda, cu mai mult de saptezeci de episoade eruptive incepand cu 1839 Eruptia a fost inregistrata de colonisti europeni.24, 25, 26 Inainte de colonizarea europeana, Maoris a fost martor la numeroase eruptii de pe munte.27 Prima eruptie de lava vazuta de colonistii europeni s-a produs intre aprilie si august 1870, cu doua-trei fluxuri martorii care se varsau pe jos. flancurile nord-vestice ale vulcanului pe 7,28 iulie 29 In urma acestui eveniment, au aparut eruptii piroclastice (cenusa) la fiecare cativa ani, 30 cu activitate exploziva majora in aprilie-mai 1948.

Urmatoarea extrudare de lava a fost in februarie 1949, incepand brusc cu expulzarea blocurilor incandescente, iar o serie de blocuri fierbinti si cenusa curg pe pantele nord-vestice pe 9,31 februarie 32 Subcraterul sudic s-a umplut cu lava, care pana la sfarsitul zilei de 10 februarie curgea peste partea cea mai joasa a jantei si in josul pantelor nord-vestice ale conului. Pana la 12 februarie, fluxul incetase, miscarea ulterioara plasandu-si volumul la aproximativ 575.000 m3 (fig. 3) .33, 34 Au urmat mai multe eruptii piroclastice (cenusa) explozive, ajungand la maximum in perioada 19-21 februarie. Eruptiile s-au incheiat pe 3 martie.

Eruptia din 13 mai 1954 pana la 10 martie 1955 a inceput cu o expulzare exploziva de cenusa si blocuri, desi lava rosie fierbinte a fost vazuta in crater cu cinci luni anterioare.35, 36 Eruptia a fost remarcabila pentru volumul mare estimat de aproape 8 milioane m3 de lava care apoi s-a scurs din crater din iunie pana in septembrie 1954 si se pretindea a fi cel mai mare flux de lava observat in Noua Zeelanda (adica de colonistii europeni) .37, 38 Lava a fost de fapt expulzat din crater intr-o serie de saptesprezece fluxuri distincte la urmatoarele date: 39, 40

• 4, 30 iunie
• 8, 9, 10, 11, 13, 14, 23, 28, 29, 30 iulie
• 15 august (?), 18
• 16, 18, 26 septembrie

Fig. 3 prezinta distributia acelor fluxuri de lava din 1954 care sunt inca capabile sa se distinga pe versantii nord-vestici si vestici ai Ngauruhoe. Toate fluxurile au fost de lava (la fel ca fluxul din februarie 1949), caracterizat prin suprafete ascutite, zimtate, clinkery formate din blocuri de lava congelata. Fluxurile de lava au fost relativ vascoase, unele observandu-se la sferturile apropiate avansand lent cu o viteza de aproximativ 20 cm pe minut.43, 44, 45 Fluxul de 18 august avea mai mult de 18 m si inca inca cald aproape aproape un an dupa ce a fost erupt. Eruptii explozive intermitente si izvoare de lava spectaculoase in iunie si iulie 1954 au construit un con de stropire si cernere in jurul sub-craterului sudic, modificand varful vestic al muntelui. Activitatea a scazut timp de doua luni dupa ultima scurgere de lava pe 26 septembrie, dar a crescut din nou in decembrie 1954 si ianuarie 1955 cu izvor de lava si multe eruptii piroclastice (cenusa) extrem de explozive. Ultima explozie de cenusa a fost raportata la 10 martie 1955, dar lavele rosii au ramas in crater pana in iunie 1955.46, 47

Dupa eruptia din 1954–1955, Ngauruhoe a aburit semi-continuu, cu numeroase mici eruptii de cenusa derivate din resturile de ventilatie cominute. Ejectele incandescente au fost observate in ianuarie 1973, iar cenusa izbucnita in decembrie 1973 continea fragmente de sticla andezita juvenile.53 Eruptii de tip canon, puternic explozive, in ianuarie si martie 1974, cele mai mari din 1954–1955, au aruncat cantitati mari de cenusa si blocuri incandescente , dintre care unul a fost cantarit 3000 de tone si aruncat 100 m.54, 55 de avalanse piroclastice au iesit de la baza coloanelor mari de eruptie convectanta, pe versantii vestici si nordici ai conului, iar craterul a devenit considerabil mai slab.56,57

O serie de explozii similare, dar mai violente, au avut loc pe 19 februarie 1975, insotite de valuri de soc atmosferice clar vizibile si nori de condensare.58, 59, 60, 61 Cenusa si blocuri de pana la 30 m de peste au fost evacuate si imprastiate pe o raza de 3 km de varf. Seria de noua eruptii individuale asemanatoare cu tunul a urmat o perioada de 1,5 ore de emisie voluminoasa de flux de gaze, care a format o plumb de eruptie convectanta intre 11 km si 13 km inaltime.62, 63, 64 Exploziile au avut loc la 20–60 minute intervale pentru mai mult de cinci ore. Numeroase avalanse piroclastice au fost, de asemenea, generate de caderea din coloana de eruptie continua, avalansele constand dintr-un amestec turbulent de cenusa, bombe si blocuri mai mari care se rostogoleau rapid pe laturile Ngauruhoe la aproximativ 60 km pe ora.65, 66 Depunerile din aceste avalanse si exploziile ulterioare s-au acumulat sub forma de foi de resturi in vale la baza conului, dar nu s-au extins peste 2 km de varf. Se estimeaza ca un volum minim in vrac de 3,4 milioane m3 de material piroclastic a fost erupt in secventa de eruptie de sapte ore in ziua respectiva.51 Fig. 3 arata locatia acestor depozite de avalansa.

Nu au existat eruptii din februarie 1975. Un penaj de aburi sau gaze este inca adesea observat deasupra varfului vulcanului, deoarece fumarolele puternice din partea inferioara a craterului descarca gaze fierbinti. Cu toate acestea, temperatura acestor fumarole in podeaua craterului s-a racit in mod semnificativ din 1979, ceea ce sugereaza ca aerul principal este blocat.

Colectie de mostre

Lucrarile pe teren si colectarea esantioanelor au fost intreprinse in ianuarie 1996. Zona Ngauruhoe a fost accesata de pe autostrada de stat 47, pe drumul Mangateopopo. Din zona de parcare de la capatul drumului, traseul de mers pe Valea Mangateopopo a fost urmat pana la baza conului Ngauruhoe, de unde erau vizibile clar fluxurile de lava recente de culoare inchisa si fiecare usor identificat pe versantii de nord-vest impotriva brichetei -portiuni mai vechi colorate ale conului (fig. 3).

Au fost colectate unsprezece probe de 2-3 kg: doua din 11 februarie 1949, 4 iunie 1954 si 14 iulie 1954, curgeri de lava si din 19 februarie 1975, depozite de avalansa; iar trei din 30 iunie 1954 curg lava. Locatiile esantionului sunt marcate pe Fig. 3. S-a avut grija sa se asigure identificarea corecta a fiecarui flux de lava si ca esantioanele colectate au fost reprezentative pentru fiecare flux si orice variatii ale texturilor si fenocristelor din lave.

Lucrari de laborator

Toate probele au fost trimise mai intai pentru sectionarea unei sectiuni subtiri din fiecare proba pentru analiza petrografica. Un set de piese reprezentative din fiecare proba (aproximativ 100 g) a fost apoi trimis la Laboratorul AMDEL din Adelaide, Australia de Sud, pentru analize ale rocilor intregi, minore si oligoelemente. Un al doilea set reprezentativ (50–100 g din fiecare esantion) a fost trimis progresiv la Laboratoarele Geochron din Cambridge (Boston), Massachusetts, pentru datarea cu potasiu-argon (K-Ar) din roca intreaga – mai intai o scindare de la un esantion de la fiecare flux , apoi s-a obtinut o scindare de la al doilea esantion de la fiecare flux dupa primul set de rezultate si, in final, scindarea din a treia proba din 30 iunie 1954.

La laboratorul AMDEL fiecare proba a fost zdrobita si pulverizata. Analizele cu roca intreaga au fost efectuate prin fuziunea totala a fiecarui esantion pudra si apoi digerarea lor inainte de ICP-OES pentru elemente majore si minore, si ICP-MS pentru urme si elemente de pamanturi rare. Fe a fost analizat pentru elementele majore de catre ICP-OES ca Fe2O3 si raportat in consecinta, dar analize separate pentru Fe, FeO au fost, de asemenea, efectuate prin metode de chimie umeda. Limita de detectie a tuturor oxizilor elementelor majore a fost de 0,01%. Pentru elementele minore si urme, limitele de detectie variau intre 0,5 si 20 ppm, iar pentru elementele de pamant rare intre 0,5 si 1 ppm.

Analizele de potasiu si argon au fost efectuate la Laboratoarele Geochron sub conducerea lui Richard Reesman, managerul laboratorului K-Ar. Nici o locatie specifica sau informatii privind varsta preconizata nu au fost furnizate laboratorului. Cu toate acestea, esantioanele au fost descrise drept andezite care au continut probabil „argon scazut” si, prin urmare, ar putea fi tinere, astfel incat sa se asigure ca laboratorul a avut grija suplimentara cu activitatea analitica.

Deoarece piesele proba au fost prezentate ca roci intregi, laboratorul K-Ar a intreprins lucrarile pregatitoare de zdrobire si pulverizare. Concentratiile de K2O (% in greutate) au fost apoi masurate prin metoda fotometriei cu flacara, valorile raportate fiind mediile a doua lecturi pentru fiecare esantion.67, 68 Concentratiile 40K (ppm) au fost calculate din abundenta izotopica terestra folosind concentratiile masurate din K2O. Concentratiile in ppm de 40Ar *, presupusa 40Ar „radiogena”, au fost obtinute folosind formula conventionala din masuratori de dilutie izotopi pe un spectrometru de masa prin corectarea prezentei argonului atmosferic a carui compozitie izotopica este cunoscuta.69 Concentratiile raportate de 40Ar * sunt mediile a doua valori pentru fiecare esantion.

Petrografie si chimie

Clark a raportat ca majoritatea fluxurilor de la Ngauruhoe sunt labradorit-piroxen si andezit cu fenocriste de plagioclaza (labradorit), hiperstenen si augite rare intr-o masa hialopilitica (asemanatoare acului, plasata intr-o mezostaza sticloasa) care contine magnetita abundenta.70 Cu toate acestea, toate lava, lapilli si blocuri incandescente care au fost analizate in urma eruptiilor din acest secol contin de asemenea olivina; din punct de vedere chimic, ele pot fi clasificate ca andezite cu silice scazuta (sau bazaltica) (folosind schema de clasificare a Gill) .71 Analizele publicate in tabelul 1 arata doar modificari banale in compozitie intre 1928 si 1975. De fapt, andezitele din 1954 si 1974 sunt atat de asemanator incat Nairn, si colab., au sugerat ca, in 1974, un dop solid de andezit a fost incalzit pana la incandescenta si remobilizat partial pe o coloana de magma in crestere in 1974.

Tabelul 2 prezinta analizele elementelor majore ale intregii roci ale celor unsprezece probe colectate in acest studiu. Comparatia datelor pentru fiecare flux cu datele corespunzatoare din tabelul 1 indica faptul ca in chimia lor in vrac toate probele analizate (si astfel toate fluxurile) sunt practic identice intre ele, diferentele banale fiind atribuite statisticilor erorilor analitice, esantionare si variatii naturale. Astfel, nu este nejustificat sa concluzionam ca aceste andezite bazaltice sunt cogenetice, provenind din aceeasi camera magma si magma, chiar daca s-a observat ca acestea provin din acelasi vulcan. Cu toate acestea, Nairn, si colab., Au sugerat ca, chiar daca lavele din 1949 si 1954 erau atat andezite purtatoare de olivina, analizele chimice (tabelul 1) au aratat ca lava din 1954 este putin mai de baza decat lava din 1949, cu MgO usor mai mare, CaO si oxizi de fier totale, dar SiO2 si alcaline mai scazute.89 Cu toate acestea, aceste tendinte nu sunt duplicate cu nicio semnificatie statistica prin rezultatele analitice ale acestui studiu (tabelul 2). Cel putin, ei au descoperit ca analizele lor despre blocurile de lava si bombele din 1974 erau identice in limitele de eroare cu lava din 1954 (tabelul 1), ceea ce a fost justificat si in acest studiu in ceea ce priveste materialul avalanselor din 1975 si lava din 1954 ( masa 2).

Clark si Cole au recunoscut cinci tipuri de lava in Centrul vulcanic Tongariro bazat pe proportiile modale ale mineralelor fenocristice.90, 91 Graham a modificat aceasta schema in sase tipuri bazate pe o combinatie de mineralogie si chimie, dar avand in vedere chimia masiva uniforma si petrologia, aceste flute de lava Ngauruhoe se grupeaza sub forma de plagioclaza-piroxen andezit in cadrul lui Graham „tip 1.” 92 Cole, si colab., au descris labe de tip 1 ca volumetric dominante in cadrul Centrului vulcanic Tongariro si ca prezentand tendinte chimice coerente cu continut de silice crescand.93 Acestea sunt relativ bogate in Fe si urmeaza o tendinta tipica calc-alcalina in diagrama AFM.

Adaptarea terminologiei Gill, laba Ngauruhoe este descrisa ca andezite de baza (53-58% in greutate SiO2) .94, 95 Desemnarea lor ca andezite plagioclasa-piroxena se bazeaza pe fenocristele predominanti prezenti, cu plagioclaza mai mare sau egala cu piroxenul. In tabelul 3 sunt enumerate doua analize modale care seamana foarte mult cu probele colectate pentru acest studiu.

Toate probele din cele cinci fluxuri de lava examinate in acest studiu au prezentat o textura porfritica, cu fenocriste (pana la 3 mm in lungime), in valoare constanta de 35-40% in volum. Asamblarea fenocristului este dominata (2: 1) de plagioclaza, dar ortopiroxenul si augita (clinopiroxenul) sunt intotdeauna componente majore, in timp ce olivina si magnetita sunt prezente doar in cantitati. Acest ansamblu de fenocriste POAM este o mineralogie tipica anhidra.98 Masa de baza este formata din microlite de plagioclaza, ortopiroxen si clinopiroxen si este aglomerata cu granule minute de magnetita si / sau oxizi de Fe-Ti. Sunt prezente, de asemenea, cantitati mici (9-10%) de sticla transparenta (acid-reziduu) maro, iar textura generala este in general pilotaxitica.

Steiner a subliniat ca xenolitul este un element comun al lavelor Ngauruhoe din 1954, dar a mentionat ca Battey a raportat ca lava Ngauruhoe din 1949 era bogata in xenoliti. Toate probele din acest studiu au continut xenolite, inclusiv cele din avalansa din 1975. 100, 100 Cu toate acestea, multe dintre aceste agregate sunt descrise mai precis ca glomerocristi si noduli mafic (gabbro, websterite) .101 Sunt intre 3 si 5 mm, in general au texturi hipidiomorfo-granulare si constau din plagioclaza, ortopiroxen si clinopiroxen in proportii variate si foarte ocazional olivina. Adevaratii xenoliti sunt adesea rotunjiti si invariabil constau din material cuartos fin. De asemenea, Steiner a descris xenolitele mult mai mari ale compozitiei cuarto-feldspatice si a structurii gneisice relicve.

Fenocristele plagioclazice au fost raportate ca fiind in compozitie de la An89 la An40 (andezina pana la localitate), dar in Ngauruhoe lavasele sunt de obicei labradorit (An68-55). Sunt subedrice si prezinta in mod obisnuit zonare oscilatorii complexe, cu o tendinta generala de la miezurile calcice la jante sodice. Structurile de infratire si de clepsidra sunt comune.

Ortopiroxenul predomina (> 2: 1) peste clinopiroxen. Ortopiroxenul subedric-euedric este de obicei pleochroic si uneori zonat. Compozitiile variaza de la Ca4 Mg74 Fe22 pana la Ca3 Mg47 Fe50, dar analizele reprezentative in vrac si partiale ale ortofiraxenelor Ngauruhoe indica faptul ca predomina o compozitie de hipersten, care este confirmata prin determinari optice.105, 106, 107, 108, 109, 110, 111 este in mod tipic infratit si zonat, dar compozitiile prezinta o gama restransa de Ca43 Mg47 Fe10 pana la aproximativ Ca35 Mg40 Fe25, toate fiind augite.112, 113

Prezenta olivinei este puternic magneziana, analizele indicand o zonare compozitionala de la Fo88 la Fo78. Magnetita prezenta in masa de sol este titanomagnetita, judecand dupa cantitatea de TiO2 prezenta in analizele cu roci intregi (tabelele 1 si 2), dar este posibil ca o ilmenita sa apara sporadic in asociere cu aceasta.114, 115

Rezultate K-Ar

Toate rezultatele analitice primite de la laboratoarele Geochron sunt enumerate in tabelul 4, grupate in ordine cronologica in functie de data istorica a fiecarui flux. Cantitatea de 40Ar * se refera la cantitatea de 40Ar radiogenic masurata in fiecare proba. Toate celelalte cantitati sunt auto-explicative, unele dintre ele fiind calculate din rezultatele analitice furnizate de laborator.

„Varsta” fiecarui esantion este calculata din rezultatele analitice folosind ecuatia generala de varsta a modelului: 116, 117

(1)

Unde:

t = „varsta”? = constanta de decadere a izotopului parinte Dt = numarul de atomi fiici in roca in prezent Do = numarul de atomi fiici initial in roca Pt = numarul de atomi parinti in prezent in roca

Pentru datarea unei roci, Dt si Pt sunt masurate, iar ecuatia (1) poate fi utilizata atunci cand se face o presupunere despre cantitatea initiala de atomi fiici (Do). Aplicat in mod special pentru datarea K-Ar, ecuatia (1) devine astfel:

(2)

Unde:

t = „varsta” din Ma (milioane de ani) 5.543 × 10-10 = estimarea curenta a constantei de descompunere de 40K 0.1048 = fractia estimata de 40K decaderi producand 40Ar 40Ar * / 40K = raportul mol al calculat al 40Ar radiogenic la 40 K in proba

Trebuie mentionat ca pentru a face ecuatia (2) echivalenta cu ecuatia (1), se presupune ca 40Ar * este egal cu (Dt – Do), ceea ce inseamna ca masurarea 40Ar * a inclus in ea o presupunere referitoare la cantitatea initiala de 40Ar in roca, si anume, nu se presupune ca ar exista un argon radiogenic atunci cand s-a format roca (adica Do = 0). Astfel, ecuatia (2) da o „varsta model” asumand zero argon radiogenic in roca atunci cand s-a format.

Varstele modelelor enumerate in tabelul 4 variaza intre <0,27 Ma si 3,5 ± 0,2 Ma. Cu toate acestea, trebuie mentionat ca esantioanele, cate unul din fiecare debit, au generat varste model <0,27 Ma si <0,29 Ma (adica sub limitele de detectare a echipamentului pentru 40Ar *) au fost toate procesate la K-Ar laborator in acelasi lot, sugerand posibilitatea unei probleme sistematice cu procedura si echipamentul analitic (in special, „linia” de extractie a gazelor). Cand aceasta intrebare a fost ridicata cu managerul laboratorului, Richard Reesman, el a verificat cu amabilitate echipamentul si apoi a repetat mai multe dintre probe, producand rezultate similare si deci a eliminat o „eroare” sistematica.

Cu toate acestea, s-a facut apoi o verificare independenta a orbului, prin trimiterea la laboratorul K-Ar a diviziunilor duplicate din doua esantioane deja analizate, pentru a stabili daca rezultatele au fost cu adevarat reproductibile. Probele alese au fost mostrele A si B din 30 iunie 1954, pentru ca primele lor diviziuni au produs cele mai mici si mai mari varste ale modelului, <0,27 Ma, respectiv 3,5 ± 0,2 Ma. Rezultatele acestor analize suplimentare sunt prezentate in tabelul 4 ca A # 2 si B # 2 si au dat varste ale modelului de 1,3 ± 0,3 Ma, respectiv 0,8 ± 0,2 Ma. In mod clar, reproductibilitatea nu a fost obtinuta, dar acest lucru nu este surprinzator, avand in vedere incertitudinile analitice la niveluri atat de scazute pana la neglijabile de 40Ar *, care se afla la limitele de detectare a echipamentelor de laborator (R. Reesman, pers. Commun., 19 februarie 1997 , si 26 ianuarie 1998).

Discutie

In ciuda variatiilor largi ale modelului „varstelor” obtinute intre si in cadrul acestor fluxuri de lava recente si a dificultatilor de obtinere a reproductibilitatii analitice, este evident ca cauza modelului K-Ar anomal „varste” este excesul de argon in labe , adica concentratii nule de argon radiogenic (40Ar *). Desigur, acest lucru este contrar presupunerii de argon radiogenic zero in ecuatia (2) pentru calculul modelului „varstelor”. Cand s-a analizat, cea mai veche dintre labe a fost mai mica de 50 de ani, deci nu a existat suficient timp de la racirea pentru cantitati masurabile de 40Ar * sa se fi acumulat in interiorul lavelor, din cauza degradarii radioactive lente de 40K. Astfel, masurabila 40Ar * nu poate fi de in situdescompunerea radioactiva de la racire si, prin urmare, trebuie sa fi fost prezenta in lavele topite atunci cand s-a extrudat din Mt. Ngauruhoe.

Nicio presupunere de argon radiogenic incalcat de multe „varste” anomale

Asumarea niciunui argon radiogenic (40Ar *) atunci cand rocile formate este de obicei declarata ca fiind evidenta. De exemplu, Geyh si Schleicher afirma:

Ceea ce este deosebit in ceea ce priveste metoda K-Ar este ca nuclida fiica este un gaz nobil, care nu este incorporat in mod normal in minerale si nu este legat in mineralul in care se gaseste.118 (p. 56)

In mod similar, Dalrymple si Lanphere afirma:

o topitura de silicat nu va pastra de obicei 40Ar care este produsa si, astfel, ceasul de argon potasiu nu este „setat” pana cand mineralul nu se solidifica si se raceste suficient pentru a permite acumularii 40Ar in zacamantul mineral.119 (p. 46)

Dalrymple a pus recent argumentul mai puternic:

Metoda K-Ar este singura schema de descompunere care poate fi utilizata cu o mica preocupare pentru prezenta initiala a izotopului fiic. Acest lucru se datoreaza faptului ca 40Ar este un gaz inert care nu se combina chimic cu niciun alt element si astfel scapa usor de roci atunci cand sunt incalzite. Astfel, in timp ce o roca este topita, 40Ar format prin descompunerea 40K scapa din lichid.120 (p. 91)

Totusi, aceste afirmatii dogmatice ale lui Dalrymple nu sunt in concordanta cu chiar propriile sale lucrari asupra fluxurilor de lava istorice, unele dintre care a descoperit ca au concentratii nule de 40Ar *, incalcand aceasta presupunere-cheie a metodei de date K-Ar.121. pentru a recunoaste, „Unele cazuri de 40Ar initiale ramase in roci au fost documentate, dar sunt neobisnuite”, dar se refera apoi la studiul sau asupra a 26 de fluxuri de lava subaciale istorice.122, 123 Cinci (aproape 20%) din fluxurile continute „ exces de argon ”, dar Dalrymple spune inca„ ca argonul „in exces” este rar in aceste roci! ” Fluxurile si „varstele” lor au fost: 124

Bazaltul Hualalai, Hawaii (1800-1801 AD) 1,6 ± 0,16 Ma 1,41 ± 0,08 Ma Mt. Bazaltul Etna, Sicilia (122 i.e.n.) 0,25 ± 0,08 Ma Mt. Bazaltul Etna, Sicilia (1792 AD) 0,35 ± 0,14 Ma Mt. Lassen plagioclase, California (AD 1915) 0,11 ± 0,03 Ma bazalt Sunset Crater, Arizona (1064-1065 AD) 0,27 ± 0,09 Ma 0,25 ± 0,15 Ma

Departe de a fi rare, exista numeroase exemple raportate in literatura de exces de 40Ar * in rocile vulcanice recente sau tinere care produc „varste” K-Ar de roca intreaga excesiv de vechi:

Fluxul Akka Fall Fall, Hawaii (Pleistocen) 32,3 ± 7,2 Ma125 Kilauea Iki bazalt, Hawaii (AD 1959) 8,5 ± 6,8 Ma126 Mt. Stromboli, Italia, bomba vulcanica (23 septembrie 1963) 2,4 ± 2 Ma127 Mt. Bazaltul Etna, Sicilia (mai 1964) 0,7 ± 0,01,1 Obsidiana Ma128 Medicina Lake Highlands, Glass Mountains, California (<500 ani) 12,6 ± 4,5 Ma129 Basalt Hualalai, Hawaii (1800-1801 AD) 22,8 ± 16,5 Ma130 bazalt Rangitoto, Auckland, Noua Zeelanda (<800 ani) 0,15 ± 0,47 Ma131 Plug de bazalt Alkali, Benue, Nigeria (<30 Ma) 95 Ma132 Bazalt olivin, Nathan Hills, Victoria Land, Antarctica (<0,3 Ma) 18,0 ± 0,7 Ma133 Anorthoclase in bomba vulcanica, Mt. Erebus, Antarctica (1984) 0,64 ± 0,03 Ma134 bazalt Kilauea, Hawaii (<200 ani) 21 ± 8 Ma135 bazalt Kilauea, Hawaii (<1000 ani) 42,9 ± 4,2 Ma136 30,3 ± 3,3 Ma137 Bazaltul Rise Pacificului de Est (<1 Ma ) 690 ± 7 Ma138 bazalt Seamount,

Alte studii au raportat, de asemenea, masuratori ale excesului de 40Ar * la lava. Fisher a investigat bazaltul submarin dintr-o coasta din Pacific si a gasit „cele mai mari cantitati de exces de 4He si 40Ar inregistrate vreodata” (la acea vreme) .142 McDougall nu numai ca a gasit „argon radiogenic strain prezent in trei dintre grupurile de fluxuri de bazalt” la tineri insula vulcanica de Reunion in Oceanul Indian, dar „argon extraterestru” a fost, de asemenea, „detectat in feldspatul alcalin si in amfibol in syenitele drusy hiperbisale care sunt expuse in miezul erodat al vulcanului Piton des Neiges.” 143 Cantitati semnificative de exces de 40Ar * au si ele a fost inregistrata in bazaltele submarine, pahare bazaltice si fenocriste olivina din vulcanii hawaieni activi in prezent, Loihi Seamount si Kilauea, precum si pe flancurile vulcanilor Mauna Loa si Hualalai, de asemenea, parte a insulei principale din Hawaii,

Excesul de 40Ar * ocupat in minerale

Austin a investigat fluxul de lava dacita din 1986 de la post-26 octombrie 1980, cupola de lava din craterul Mount St. Helens si a stabilit ca dacitul de 10 ani produce un model K-Ar cu roca intreaga „varsta” de 0.35 ± 0.05 Ma datorita excesului de 40Ar * in roca.151 Apoi a produs concentrate ale mineralelor constituente, care a produs modelul K-Ar anomal „varste” de 0,34 ± 0,06 Ma (plagioclaza), 0,9 ± 0,2 Ma (hornblende), 1,7 ± 0,3 Ma (piroxen) si 2,8 ± 0,6 Ma (ultra-concentrat piroxen). Cu toate ca aceste concentrate minerale nu erau ultra-pure, avand in vedere sticla cu granulatie fina din masa de sol si unii oxizi de Fe-Ti, este totusi evident ca excesul de 40Ar * responsabil pentru anomalele „varste” K-Ar este pastrat in diferitele minerale constituente in cantitati diferite. In plus,

Ca excesul de 40Ar * poate fi obtinut in minerale in fluxurile de lava, mai degraba decat intre boabele minerale, a fost stabilit si de altii. Laughlin si colab. Au descoperit ca olivina, piroxenul si plagioclaza in bazalele cuaternare ale campului vulcanic Zuni-Bandera din New Mexico contineau cantitati foarte semnificative de exces de 40Ar *, la fel ca si in fenocristele din olivina si clinopiroxen din fluxurile cuaternare din Noua Zeelanda volcanoes.152, 153 In mod similar, Poths, Healey si Laughlin au separat fenocristii de olivina si clinopiroxen de bazalele tinere din New Mexico si Nevada si apoi au masurat „exces de omniprezent argon” in ei.154 Damon, Laughlin si Precious au raportat mai multe cazuri de fenocristi cu K / Ar „imbatraneste” cu 17 milioane de ani mai mare decat cea a intregii roci,

Cei mai multi anchetatori au ajuns la concluzia evidenta ca excesul de 40Ar * trebuia sa fie prezent in lavele topite atunci cand s-a extrudat, care apoi nu s-a degradat complet pe masura ce s-au racit, excesul de 40Ar * devenind „prins” in mineralele constitutive si in unele cazuri, tesaturile de roca in sine. Experimentele de laborator au testat solubilitatea argonului in topiturile sintetice de bazalt si mineralele lor constitutive aproape de 1300 ° C la o presiune atmosferica intr-un flux de gaz care contine argon.157, 158 Cand s-a stins, olivina sintetica in materialul rezultat a fost gasita a contine 0,34 ppm 40Ar *. Broadhurst, si colab., Au comentat ca „Solubilitatea Ar in minerale este surprinzator de mare” si au ajuns la concluzia ca argonul este tinut in principal in defectele de vacanta din zabrele din minerale159.

Intr-un experiment diferit, Karpinskaya, Ostrovskiy si Shanin au incalzit muscovite la 740–860 ° C, sub presiuni mari de argon (2800–5000 atmosfere) pentru perioade de 3 pana la 10.5 ore.160 Moscovita a absorbit cantitati semnificative de argon, producand K / Ar „Varste” de pana la 5 miliarde de ani, iar argonul absorbit a aparut ca argonul radiogenic obisnuit (40Ar *). Karpinskaya a sintetizat ulterior muscovit dintr-un gel coloidal sub presiuni si temperaturi similare de argon, muscovitul rezultat pastrand pana la 0,5% in greutate argon la 640 ° C si o presiune de vapori de 4000 atmosfere.161 Aceasta este de aproximativ 2.500 de ori mai mult decat se gaseste in argon moscovit natural. Aceste experimente arata ca, in anumite conditii, argonul poate fi incorporat in minerale si roci care se presupune ca exclud argonul atunci cand se cristalizeaza.

Aplicatii la Mt. Ngauruhoe Andesite Flux

Prin urmare, rezultatele analitice ale fluxului andezitic foarte recent (1949–1975) la Mt. Ngauruhoe, Noua Zeelanda, care genereaza modelul K-Ar anomal, „varstele” din cauza excesului de 40Ar * nu sunt unice si nici un artefact al tehnicii sau tehnicii analitice deficitare. Aceasta realizare a faptului ca prezenta excesului de 40Ar * in aceste roci este reala si masurabila si nu a fost derivata din descompunerea radioactiva de 40 K in situ duce la intrebari evidente cu privire la existenta unui tipar in aparitiile excesului de 40Ar. *, si de unde a venit acest exces de 40Ar *?

Este clar ca excesul de 40Ar * se afla in labe atunci cand au iesit din Mt. Vulcanul Ngauruhoe si au fost prinsi in andezit in timp ce s-a racit. Faptul ca au existat gaze in labe este usor evident din gaurile cu bule „inghetate” acum in roca, ceea ce presupune ca o mare parte din continutul de gaz a scapat in timp ce lavele curgeau si se raceau. La alegerea esantioanelor, s-a avut grija sa se selecteze piese din fiecare flux care erau diferite unele de altele (de exemplu, gauri copioase cu bule de gaz „inghetate” in comparatie cu practic nu exista astfel de gauri). Prin urmare, este destul de surprinzator faptul ca masuratorile 40Ar * pe patru din cele cinci fluxuri au fost in concordanta cu astfel de diferente, esantioanele de la fiecare debit care au foarte putine sau aproape nicio gaura de bule de gaz „inghetate” nu au avut 40 40 Ar * si, astfel, anomale K- Modelul Ar „imbatraneste,

Exceptia a fost fluxul din 30 iunie 1954 – nu numai ca aceasta relatie asteptata dintre excesul de 40Ar * si lipsa gaurilor de bule de gaz „inghetate” nu au fost duplicate, dar analizele pe scindele duplicate ale acelorasi probe au obtinut rezultate pe scara larga (<0,27 Ma fata de 1,3 ± 0,3 Ma si 3,5 ± 0,2 Ma fata de 0,8 ± 0,2 Ma; vezi Tabelul 4). Astfel, prezenta (sau absenta) excesului de 40Ar * trebuie sa depinda si de ce portiune a unei probe de roca este analizata, ceea ce la randul sau implica dependenta de constituentii minerali prezenti, inclusiv sticla din masa de pamant. Dupa cum sa mentionat deja, Austin a gasit cantitati diferite de exces de 40Ar * in mineralele care se separa concentrate de dacita din Muntele Sf. Helens 1986, in timp ce numeroase alte studii au localizat excesul de 40Ar * in fenocriste162, 163, 164, 165, 166

Rata de racire, presiunile si modificarea potasiului

Un alt factor este viteza de racire a lavelor. Dalrymple si Moore au descoperit ca marginea sticloasa de 1 cm grosime a unei perne dintr-un bazalt submarin Kilauea avea mai mult de patruzeci de ori mai mult 40Ar * decat interiorul bazaltului la doar 10 cm mai jos.167 Janta de perna sticloasa este, desigur, produsa de rapid stingerea imediata a lavelor de bazalt fierbinte, deoarece acesta intra in contact cu apa rece a oceanului, astfel incat excesul de 40Ar * din lava este prins rapid si retinut. Dymond a obtinut rezultate similare pe patru perne de bazalt de mare adancime, aproape de axa Rise Pacificului de Est. ca cantitatea in exces de 40Ar * este o functie directa atat a presiunii hidrostatice, cat si a vitezei de racire.169 Intr-un studiu paralel,

Seidemann a raportat inca o alta relatie intriganta. 171 El a analizat probele de bazalt de mare adancime obtinute din gaurile de foraj DSDP de la podea din bazinul Oceanului Pacific si a constatat ca „varstele” K-Ar au crescut odata cu cresterea continutului de K a bazaltelor, o relatie pe care a mentionat-o. a aparut si in datele similare publicate de personalul DSDP (Seidemann172, fig. 1). In pernele de bazalt, continutul de K creste de la marja la maxim la o distanta intermediara in perne, in timp ce bazalele holocristaline arata o scadere a K spre interior de la marja. 173 Seidemann a concluzionat, ca si altii inaintea sa, ca intemperiile submarine adauga K bazalele, la fel ca si alterarea in momentul formarii, in timp ce marginile sticloase ale pernei sunt in mare masura impermeabile apei de mare. Cu toate acestea, rezultatul net este datele K-Ar nesigure, ”Deoarece, probabil, masurarea 40Ar * nu a fost obtinuta prin descompunerea radioactiva a continutului masurat 40K. De asemenea, Seidemann a stabilit ca acoperirea de sedimente nu este o bariera semnificativa pentru difuzarea K in bazalt.

Este posibil ca unii dintre acesti factori sa fie relevanti pentru modelul de exces de 40Ar * masurat in esantioanele din recenta Mt. Ngauruhoe andesite curge. De exemplu, suprafetele fluxurilor s-ar fi racit mai repede pana la cruste pe partea interioara a fluxurilor inca topite, ceea ce ar fi fost cu siguranta cazul cu 18 august 1954, flux care a fost raportat ca fiind de 18 m grosime. Mai mult, presiunea supraincarcata in interiorul profund al unor astfel de fluxuri groase ar inhiba, de asemenea, degradarea lavelor pe masura ce s-a racit. Cu toate acestea, atat timp cat crustele de pe varfurile fluxurilor au ramas neintrerupte si intacte, s-ar fi sigilat in lava topita si in gazele sale continute, inclusiv excesul de 40Ar *. Dar aceasta sigilare a fost probabil de scurta durata, pentru ca astazi fluxurile se extind in mare parte sub forma de gramezi de bucati de andezit care arata ca moloz (tipuri tipice tip tip lav). Fluxul continuu al lavelor pe partile vulcanului ar fi rupt crustele imediat ce s-au inghetat, la fel ca si contractia cu racirea, permitand astfel interioarelor topite sa se degajeze pe masura ce se raceau. Deci, viteza de racire a fost probabil cel mai relevant factor, iar acest lucru ar fi variat lateral si vertical in fluxuri, chiar si la scari localizate de cativa centimetri.

Pot fi reduse orice efecte ale intemperiilor asupra continutului K al acestor fluxuri. Pe de o parte, acestea sunt fluxuri subaeriene care nu par sa fi fost supuse scurgerii sau adaugarii de K sau la vreo modificare bogata in K pentru aceasta materie, in timp ce pe de alta parte au continut de K foarte uniform (vezi tabelele 1, 2 , si 4). Acest lucru nu este neasteptat, dat fiind faptul ca au iesit din aceeasi sursa de magma / camera strans intre timp. Datele K-Ar din tabelul 4 nu dezvaluie nicio relatie perceptibila intre continutul K si modelul K-Ar „varste” al acestor fluxuri, spre deosebire de corelatia negativa gasita in fluxurile superioare ale bazaltului proterozoic Cardenas de bazalt din Grand Canyon, Arizona.174

Poate ca problemele cheie sunt insa de unde provine acest exces de 40Ar si daca a fost derivat de la descompunerea radioactiva de 40K. O posibilitate este ca excesul de 40Ar * poate fi contabilizat prin descompunere radioactiva in timpul resedintei pe termen lung a magmelor in camere inainte de eruptie. Esser, McIntosh, Heizler si Kyle au redus aceasta optiune pentru Mt. Fenocriste Erebus anorthoclase175 Dalrymple a constatat ca in timp ce Mt. Fenocristele plagioclazei Lassen (1915) au obtinut un exces de 40Ar * si un model anomal K-Ar „varsta”, o plagioclaza din eruptia din 1964 a Surtsey a avut doar argon a carui compozitie izotopica se potrivea cu cea a aerului.176 Deoarece fenocristele de obicei cristalizeaza din labe dupa eruptie, ele pot arbitrar capcana in exces 40Ar * in timpul racirii lava, 40Ar * , care va fi , prin urmare , nu de in situ Degradare radioactiva 40K.

Modelul de varsta K-Ar negativ si Argonul atmosferic

O alta consideratie relevanta bazata pe aceste probleme este observatia remarcata de Dalrymple ca unele probe de lava moderne produc de fapt „varste” negative ale modelului K-Ar, aparent datorate excesului de 36Ar177. Aerul are un raport 40Ar / 36Ar de 295,5, dar unele dintre probele lui Dalrymple au raporturi mai mici de 295,5 (si, prin urmare, „varste” negative). Unele din Muntele Probele de Ngauruhoe din acest studiu au obtinut, de asemenea, raporturi 40Ar / 36Ar mai mici decat 295,5 (vezi tabelul 4). In conformitate cu interpretarea simpla a metodologiei de intalnire K-Ar, aceasta ar trebui sa fie imposibila. Dalrymple nu a fost dispus sa atribuie aceste raporturi anomale erorilor experimentale si nici Richard Reesman al Laboratoarelor Geochron nu a fost.

Dalrymple a sugerat trei explicatii posibile care ar putea contabiliza excesul de 36Ar178:

1. incorporarea „argonului primitiv”
2. productia de 36Ar prin descompunerea radioactiva a 36Cl sau
3. fractionarea argonului atmosferic prin difuzie.

El a respins posibilitatea formarii in situ a 36Ar semnificative in situdin reactiile nucleare (optiunea 2), deoarece continutul de Cl in bazale si rata de productie de 36Cl de neutroni cu raze cosmice sunt ambele prea mici pentru a reprezenta o cantitate semnificativa de 36Ar. In schimb, Dalrymple parea sa favorizeze optiunea 3, ca atunci cand argonul atmosferic s-a difuzat din nou in labe pe masura ce s-au racit, 36Ar s-au difuzat in mod preferential. Cu toate acestea, el a recunoscut si slabiciunea acestui argument – este dificil de explicat de ce unele labe sunt imbogatite in 36 de ani, in timp ce altele nu sunt (ca si la Muntele Ngauruhoe). Pentru a fi consecvent, daca fractionarea argonului atmosferic s-a produs in timpul difuziunii, atunci acest lucru ar insemna ca chiar si presupusele „varste zero” au de fapt o varsta aparenta si ca cele mai multe lave nu degradeaza la eruptie. De fapt, in functie de cat de puternica a fost fractionarea de 36Ar in timpul difuziei,

Aceasta lasa doar optiunea 1 a lui Dalrymple, aceea ca lavele cu un anomal ridicat de 36Ar provin din zone ale mantalei (si poate si de la crusta) care au argon primordial care nu a fost diluat cu 40Ar radiogenic si nu s-au degazat complet. Totusi, acest lucru inseamna ca nu exista niciun motiv sa presupunem ca lavasele al caror argon se potriveste cu cel din atmosfera s-au degazat, deoarece acestea au inceput pur si simplu cu argon care se potriveste cu argonul atmosferic. Cu toate acestea, Dalrymple este convins ca „o mare parte din continutul volatil juvenil poate fi inca prezent in rocile vulcanice stinse pe fundul oceanului.” 179 Intr-adevar, Dalrymple a definit in mod specific excesul de 40Ar * ca 40Ar care nu este atribuit argonului atmosferic sau in situ descompunerea radioactiva de 40K.180 Krummenacher este mai prudenta, atribuind raporturi anormale 40Ar / 36Ar si exces 40Ar * „efectului de fractionare in masa asupra argonului compozitiei izotopice atmosferice” prinse in lave, precum si prezentei argonului „magmatic”. diferit in compozitia izotopica.181

Rolul Xenolitilor

Excesul de 40Ar * este pur si simplu argon „magmatic”, adica argon care se colecteaza in magma si apoi este mostenit de lava de la ea? Funkhouser si Naughton au descoperit ca excesul de 40Ar * in fluxul Hualalai din 1800-1801, Hawaii, locuiau in incluziuni fluide si gazoase in olivina, plagioclaza si piroxen in xenolite ultramafice in bazalt.182 Cantitatile de exces de 40Ar * erau suficiente pentru a produce Modelul K-Ar „imbatraneste” de la 2,6 Ma la 2960 Ma. Cu toate acestea, Dalrymple a folosit ulterior doar prezenta xenolitelor ultramafice si excesul lor de 40Ar * continut in incluziuni pentru a explica partial „varstele” excesului de 40Ar * si modelul K-Ar anomal pe care l-a obtinut de la acelasi flux Hualalai 1800-1801, sugerand in schimb ca marile incluziuni unice nu sunt direct responsabile de excesul de argon in fluxuri si ca 40Ar * este distribuit mai uniform pe intreaga roca.183 Cu toate acestea, acei geocronologi K-Ar si Ar-Ar care sunt preocupati de excesul de 40Ar * in esantioanele lor subminand „intalnirea” lor sunt atenti sa verifice daca exista xenolitici si xenocristi. Esser si colab. Au facut acest lucru si au redus contaminarea xenocristica.184

Xenolitii sunt prezenti in fluxurile de andezit Ngauruhoe (tabelul 3), dar sunt minore si mai putin semnificative ca locatie a excesului de 40Ar * rezidential in aceste fluxuri decat fenocristele plagioclazei si piroxenului si glomerocristele mult mai mari ale plagioclazei, piroxenului sau plagioclazei si piroxenul care predomina. Acestea din urma sunt probabil fenocristele formate timpuriu, care s-au acumulat impreuna in magma in camera sa inainte de eruptia fluxurilor de lava. Cu toate acestea, orice exces de 40Ar * pe care le-ar putea contine trebuia sa fi fost furnizate magmei de la sursa sa. Xenolitii care se afla in fluxurile de andezit au fost descrisi de Steiner ca fiind gneizic si, prin urmare, sunt de origine crusta, probabil din rocile subsolului prin care magma a trecut pe cale de eruptie.185

Gaze nobile din manta

Odata cu aparitia tehnologiei necesare, concentratiile izotopice si raporturile de gaze nobile (inclusiv argonul) in probele de roca si minerale sunt acum obtinute. Honda si colab. Au raportat astfel de analize pe probe de sticla bazaltica submarine de la Loihi Seamount si Kilauea, Hawaii si au ajuns la concluzia ca raporturile izotopice de heliu si neon, deosebit de diferite de raporturile izotopice atmosferice, indica zona sursa a mantalei din penajul responsabil de vulcanismul hawaian, mai degraba decat de contaminarea atmosferica a magmei.186, 187 Raporturile 40Ar / 36Ar sunt in concordanta cu excesul de 40Ar *, venind si cu magma din manta. Un studiu ulterior, in care au fost analizate o suita mai mare de probe de sticla bazaltica, precum si mostre de fenocristi de olivina, din aceleasi si alte vulcani hawaieni, a concluzionat ca sistematicele izotopice indica faptul ca heliul si neonul au fost derivate din manta si nu au fost afectate in mod preferential de procese secundare.188 In consecinta, excesul de 40Ar *, de asemenea, in aceste probe ar fi fost transportat si din zona sursa a mantalei superioare a aceste bazalturi de pluma magmica responsabila de vulcanism. Moreira, Kunz si Allegre au sugerat, pe baza noilor date experimentale provenite de la vezicule singulare din probele de bazalt din coasta din oceanul scurs din Atlanticul de Nord, excesul de 40Ar * din mantaua superioara poate fi aproape dublul estimarilor anterioare (adica aproape De 150 de ori mai mult decat continutul atmosferic in raport cu 36Ar) si reprezinta o componenta primordiala a mantalei care nu a fost inca depasita.189, 190 Burnard, Graham si Turner au obtinut rezultate similare pe aceleasi probe,

Rezultate similare au fost obtinute din xenolitele ultramafice ale mantalei din bazaltele din Arhipelagul Kerguelen din sudul Oceanului Indian, iar excesul considerabil de 40Ar * masurat concluzionat ca fiind o parte a semnaturii sursa a mantalei acestui vulcanism hotspot.192 Cu toate acestea, nu numai ca a fost manta suboceanica care a fost astfel esantionata pentru excesul sau de 40Ar * prin astfel de penale magmatice. Matsumoto, Honda, McDougall si O’Reilly au raportat raporturi ridicate de 40Ar / 36Ar in spinel-lherzolite din cinci centre de eruptie din tinerele (<7 Ma) Mai noi vulcanice din sud-estul Australiei.193 Aceste lherzolite anhidre au compozitii reprezentative pentru litosfericele superioare. manta, iar excesul semnificativ de 40Ar * in ele indica prezenta unui rezervor subcontinental de manta cu un raport de 40Ar / 36Ar foarte ridicat si, astfel, un exces substantial de 40Ar *, similar cu cel intalnit in creasta din mijlocul oceanului si bazalele de plume / hotspot. Un alt exemplu este bazaltul Cardenas si diabazul asociat (Proterozoicul Mijlociu) din estul Marelui Canyon, considerat ca facand parte din magmatismul continental mijlociu mafic periferic din sud-vestul Statelor Unite si, de asemenea, provenit din manta subcontinentala. Austin si Snelling au descoperit ca izochronii 40Ar / 36Ar – 40K / 36Ar pentru paisprezece si sase esantioane ale acestor roci, respectiv, produc raporturi 40Ar / 36Ar initiale de 787 ± 118 si 453 ± 42, indicand un exces excesiv de 40Ar * .194 privita ca facand parte din magmatismul continental mijlociu mafic al sud-vestului Statelor Unite si, astfel, provine si din mantaua subcontinentala. Austin si Snelling au descoperit ca izochronii 40Ar / 36Ar – 40K / 36Ar pentru paisprezece si sase esantioane ale acestor roci, respectiv, produc raporturi 40Ar / 36Ar initiale de 787 ± 118 si 453 ± 42, indicand un exces excesiv de 40Ar * .194 privita ca facand parte din magmatismul continental mijlociu mafic al sud-vestului Statelor Unite si, astfel, provine si din mantaua subcontinentala. Austin si Snelling au descoperit ca izochronii 40Ar / 36Ar – 40K / 36Ar pentru paisprezece si sase esantioane ale acestor roci, respectiv, produc raporturi 40Ar / 36Ar initiale de 787 ± 118 si 453 ± 42, indicand un exces excesiv de 40Ar * .194

Esantionarea mantalei cu diamante si incluziunile lor

Un alt mijloc de „esantionare” a mantalei este studiul diamantelor si micro-incluziunile lor. Acum este ferm stabilit ca diamantele sunt stabile termodinamic in regimul de presiune-temperatura din manta la adancimi mai mari de 150 km, iar originea lor se crede ca se extinde inapoi la Archean si la crusta timpurie a Pamantului.195, 196 Diamante sunt format intr-o serie de procese asociate cu doua tipuri de roca, ecologit si peridotit, dintre care xenolitele sunt de asemenea ridicate in scoarta superioara cu diamante din mantaua superioara de sub scuturi precambriene continentale (cratoni) prin eruptii de “teava” de kimberlita si lamproita.197 , 198, 199 Chiar daca kimberlitul gazda sau lamproitul poate fi relativ tanar (chiar si in termeni conventionali), multe diamante dateaza din Arhean si deci istoria timpurie a Pamantului.200,

Continutul de gaze nobile al diamantelor este in concordanta cu originea lor antica si cu manta, raporturile izotopice ridicate de heliu (de 290 ori raportul atmosferic) fiind considerate primordiale si rivalizeaza cu cele masurate pentru soare astazi.207, 208 De o semnificatie aici este postularea pe care El , Ar, K, Pb, Th si U sunt adaugate la circulatia superioara a mantalei convectante, iar proportiile si compozitiile izotopice sunt puternic determinate de antrenarea din mantaua inferioara (sub 670 km) .209, 210 Acest lucru este reflectat in acele Ar masuratori izotopice care au fost facute pe diamante si micro-incluziunile lor.

In loc sa se concentreze pe incercarea de a pune in evidenta doar micro-incluziunile cu diamante asa cum au facut-o altii, Zashu, Ozima si Nitoh au selectat cu atentie zece diamante Zaire si le-au examinat pentru puritate inainte de a efectua analize de date K-Ar ale diamantelor in sine.211 Cu toate acestea, la La inceput, au remarcat ca nu a existat aproape nicio datare radiometrica directa a diamantelor, cu exceptia datarii K-Ar conventionale, iar rezultatele au fost discutabile din cauza prezentei posibile a excesului de 40Ar *. Pentru a evita aceasta problema, au folosit metoda de datare a izochronului K-Ar. Datele lor experimentale au aratat corelatii liniare bune, dar acesti izochroni au dat o varsta de 6,0 ± 0,3 Ga, ceea ce desigur era inacceptabil, deoarece aceste diamante ar fi mai vechi decat pamantul in sine. Greselile procedurii experimentale au fost usor reduse, astfel incat au fost fortati sa concluzioneze ca excesul de 40Ar * era responsabil si ca trebuie sa fie intr-o stare fluida pentru a asigura omogenizarea necesara pentru a da un astfel de raport 40Ar / K constant. In mod alternativ, ei au speculat ca diamantele ar putea diferi in compozitia izotopica K de potasiu comun, dar acest lucru a fost redus intr-un studiu de urmarire in care s-a constatat ca 40K a fost prezent in aceste diamante in abundenta normala.212 Deoarece analizele 40Ar / 39Ar au fost reduse aceeasi „varsta” inacceptabila s-a ajuns la concluzia ca excesul de 40Ar * nu a fost generatin situ , dar a fost o componenta mostenita sau „prinsa” din rezervorul de manta cand si unde s-au format diamantele.

Aceste diamante Zaire nu sunt singurele care au obtinut un exces de 40Ar *. Phillips, Onstott si Harris au folosit o sonda laser la 40Ar / 39Ar eclogitic incluziuni clinopyxene in diamante din kimberlite Premier, Africa de Sud si au gasit raporturi moderate de 40Ar / 36Ar indicand mult mai putin exces de 40Ar * decat in ​​diamantele Zaire.213. „Epoca” acestor diamante eclogitice a fost astfel determinata a fi de 1,198 ± 0,014 Ga, mult mai tanara decat diamantele peridotitice de 3,3 Ga la Kimberley si Finsch, tot in Africa de Sud, astfel incat Phillips, si altii, au interpretat excesul moderat de 40Ar * ca caracteristic conditiilor de manta care predomina la momentul respectiv si in regiunea formarii eclogitice de diamante Premier.214

Zashu si colab. Au postulat ca excesul de 40Ar * din diamantele Zaire trebuia sa fie intr-o stare fluida.215 Desi Navon, Hulcheon, Rossman si Wasserburg nu au analizat argonul cand au investigat lichidele in micro-incluziuni in diamante din Zaire si Botswana, au descoperit un continut ridicat de volatile si elemente incompatibile in compozitia medie uniforma a micro-incluziunilor, cu cantitatile de apa si CO2 (in carbonate) aproape un ordin de marime mai mare decat continutul volatil de kimberlite si lamproite (roci gazda pana la diamante) .216 La 13% in greutate, nivelurile de clor au fost de asemenea mult mai mari decat cele ale kimberlitelor (<0,1%), desi compozitia in vrac a micro-incluziunilor, inclusiv continutul ridicat de K2O (pana la 29,7% in greutate) %), seamana cu cel al unor astfel de magme potasice.Ei au ajuns la concluzia ca aceste micro-incluziuni reprezinta lichidul bogat in volatil (~ 40% volatile) sau se topeste din mantaua superioara in care au crescut diamantele