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Lexikon der Geowissenschaften: Neodymisotope

Neodymisotope, das Element Neodym (Nd) besitzt sieben natürlich vorkommende stabile Isotope: 150Nd (Häufigkeit ca. 5,6%), 148Nd (ca. 5,7%), 146Nd (ca. 17,2%), 145Nd (ca. 8,3%), 144Nd (ca. 23,9%), 143Nd (ca. 12,2%), 142Nd (ca. 27,1%). Die genauen Anteile der jeweiligen Isotope hängen im wesentlichen von der Häufigkeit des 143Nd, welches z.T. aus dem α-Zerfall des 147Sm stammt, ab (Halbwertszeit: 1,06·1011 Jahre). Man geht davon aus, daß das Nd der Erde zur Zeit ihrer Entstehung ein einheitliches primordiales 143Nd/144Nd von 0,50583 besaß (CHUR). Die Entwicklung der Nd-Isotope auf der Erde ist davon geprägt, daß die Seltenerdelemente Sm und Nd in der Erdkruste gegenüber dem Erdmantel angereichert werden, Nd gegenüber dem Sm aber bevorzugt wird. Dies führt dazu, daß das Sm sich im Erdmantel im Laufe der Zeit relativ anreichert und dort mehr 143Nd gebildet wird, also höhere 143Nd/144Nd-Werte entstehen als in der Erdkruste. So liegt das Verhältnis 143Nd/144Nd des CHUR heute bei 0,512638, das des DM bei 0,51305, während archaische Krustengesteine Werte bis herab zu 0,51024 aufweisen. Nd-Isotopenverhältnisse sind deshalb natürliche Tracer, welche zur Beantwortung petrogenetischer Fragen herangezogen werden können. Besonders vorteilhaft ist dabei, daß sich die Seltenerdelemente Sm und Nd geochemisch sehr ähnlich verhalten, so daß geologische Prozesse wie Metamorphose oder Abtragung üblicherweise zu keiner wesentlichen Elementfraktionierung führen und damit mit dem Nd-Isotopensystem durch solche Prozesse hindurch geblickt werden kann. Wegen der hohen Halbwertszeit des 147Sm und der daraus folgenden verhältnismäßig geringen Variation der Nd-Isotopenverhältnisse werden an Stelle der 143Nd/144Nd-Werte meist ε-Nd-Werte ( Abb. 1 ) verwendet, welche den Abstand der Isotopenverhältnisse einer Probe zu denen des Erdmantels ausdrücken:



Res ist hier das jeweilige Mantelreservoir, auf das bezogen wird, z.B. CHUR (143Nd/144Nd = 0,512638, 147Sm/144Nd = 0,1966) oder DM. Ist durch eine unabhängige Altersbestimmung die Platznahme eines Magmas datiert, so kann aus dem 143Nd/144Nd-Verhältnis und dem 147Sm/144Nd-Verhältnis der Probe das ε-Nd zu dieser Zeit berechnet und auf die Herkunft des Magmas geschlossen werden. Der Zeitpunkt, zu dem der ε-Nd-Wert 0 ist, also die Entwicklungslinie der Probe die des Erdmantels schneidet, wird als das Neodym-Modellalter bezeichnet ( Abb. 2 ). Nd-Modellalter markieren damit die Zeit der Abkoppelung einer Probe von der isotopischen Entwicklung des Erdmantels und sind ein Maß für die mittlere Krustenverweilzeit. Zu beachten ist, daß die sich ergebenden Alterswerte stark abhängig sind von der isotopischen Entwicklung des jeweiligen Erdmantels, welche für einen betrachteten Fall zwar nicht genau bekannt, aber meist sinnvoll eingrenzbar ist. Ein Extrem, welches zu minimalen Modellaltern führt, stellt die CHUR-Mantelentwicklung dar, die von einem weitgehend undifferenzierten Mantel ausgeht. DM-Modelle beschreiben die Isotopie des real existierenden Erdmantels zutreffender und führen zu Modellaltern, welche in aller Regel recht gut mit Altern krustenbildender Ereignisse zu korrelieren sind. [SH]


Neodymisotope 1: Isotopenentwicklungsdiagramm des Neodyms der Gesamterde (CHUR), einer 3,5 Mrd. Jahre alten Erdkruste und des entsprechenden verarmten Erdmantels (DM), dargestellt als ε-Nd-Wert (Ga = Mrd. Jahre). Neodymisotope 1:

Neodymisotope 2: Isotopenentwicklungsdiagramm des Neodyms der Gesamterde (CHUR) und eines Gesteins des Erdmantels (DM) in der Zeit. Durch Extrapolation kann aus den heutigen Nd-Isotopenverhältnissen auf die Zeit der Abspaltung von der CHUR- oder DM-Entwicklung geschlossen werden (Modellalter = TCHUR, TDM) (Ga = Mrd. Jahre). Neodymisotope 2:
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