3.4. Địa động lực manti-vỏ (Mantle-crust geodynamic)

Sau khi xác định được các nguồn đồng vị vỏ và manti, phải tìm hiểu chúng tác dụng với nhau như thế nào và bằng cách nào chúng đạt được thành phần như hiện nay. Muốn thế phải xây dựng các mô hình có khả năng liên kết thành phần các miền nguồn với các quá trình chủ yếu của kiến tạo mảng. Những mô hình dựa trên các đồng vị Pb luận giải đặc điểm tiến hoá của vỏ lục địa được biết dưới tên “kiến tạo chì” (plumbo tectonic). Còn những mô hình chú trọng tới các quá trình hoà trộn trong manti và dựa trên các hệ đồng vị khác nhau được gọi là mô hình địa động lực.

Mô hình dựa trên khả năng phân biệt của các đồng vị Pb, được Doe và Zartman (1979) phát triển, đã chỉ ra sự biến thiên trong thành phần đồng vị Pb ban đầu liên quan với các bối cảnh kiến tạo.

Ba miền nguồn vỏ lục địa trên, vỏ dưới và manti trên có nồng độ U, Th và Pb đặc trưng (xem Bảng 5.8). Thường U, Th, Pb tập trung trong vỏ trên với U và Th giàu hơn so với Pb. Vì vậy vỏ trên tạo ra chì phóng xạ sinh (radiogenic lead). Vỏ dưới nghèo Th và U hơn và tạo ra chì không phóng xạ sinh (unradiogenic lead). Manti có nồng đồ U, Th và Pb thấp hơn vỏ lục địa, nhưng có tỉ lệ U/Pb và Th/Pb nằm giữa hai miền vỏ nêu trên và vì vậy tạo ra chì mang đặc tính trung gian. Sự hoà trộn Pb của ba nguồn kể trên xảy ra trong quá trình tạo núi sẽ sản sinh ra nguồn "hoà trộn" thứ tư.

Doe và Zartman (1979), Zartman và Haines (1988), trong một số mô hình, đã lập các đường cong tiến hoá đồng vị Pb của bốn miền nguồn theo thời gian. Biểu đồ tương quan ²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb với ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb phân biệt tốt giữa vỏ trên và vỏ dưới/manti, còn biểu đồ ²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb - ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb nhận biết giữa vỏ dưới và vỏ trên/manti (Hình 5.21).

Hình 5.21. Các đường tiến hoá đồng vị chì của vỏ dưới, vỏ trên, manti và vùng tạo núi trên biểu đồ tương quan đồng vị (a) ²⁰⁸Pb/^204Pb- ²⁰⁶Pb/^204Pb và (b) ²⁰⁷Pb/^204Pb- ²⁰⁶Pb/^204Pb (theo Zartman và Haines, 1988). Các vạch chia trên đường tiến hoá cách nhau 100 tr. năm.

Các mối tương quan giữa các đồng vị đánh dấu đã khiến phải tìm tòi luận giải những hiện tượng này, đồng thời hàng loạt mô hình giải thích về cấu trúc hoá học của Trái đất ra đời. Các mô hình này chịu sự chi phối của mức độ tài liệu đồng vị và sự hiểu biết của chúng ta về các quá trình kiến tạo mảng.

Một trong những nhận thức sớm về đặc điểm phân bố đồng vị Nd-Sr trong vỏ lục địa và bazan đại dương được thể hiện trên Hình 5.10. Bazan đại dương thường giàu Nd và nghèo Sr so với Trái đất tổng thể, trong khi đó vỏ lục địa có mối quan hệ ngược lại. Thành phần đồng vị của các miền nguồn vỏ và manti đã được luận giải theo hàng loạt các biểu thức cân bằng khối lượng giữa vỏ và manti và thành phần ban đầu của Trái đất silicat tổng thể (BSE). Điều đó cho phép chúng ta xem xét một cách chi tiết mối tương quan giữa các miền nguồn khác nhau, xác định giới hạn quy mô của manti lôi cuốn vào thành tạo vỏ lục địa và đi sâu vào bản chất của đối lưu manti. Hình 5.22 thể hiện những con đường có thể, ở đó các miền nguồn tương tác với nhau trong mối liên quan với kiến tạo mảng. Giả thiết các thành phần manti giàu kiểu I, II (EMI, EMII) và HIMU liên quan với quá trình hút chìm của phần dưới thạch quyển lục địa, của các trầm tích lục nguyên và của thạch quyển đại dương. Sự xuất hiện của các thành phần manti trong các bazan hiện đại ở sống giữa đại dương và rìa lục địa có thể giải thích được trên quan điểm kiến tạo mảng.

Hình 5.22. Minh hoạ sơ lược 2 kiểu kiến tạo khác nhau ở đới hút chìm (Subduction zones), nơi có thể sinh thành các cặp liên kết của manti giàu: (a) HIMU-EMII, thành phần EMII được hình thành khi hút chìm khá dốc; (b) HIMU-EMI, thành phần EMI được hình thành khi hút chìm thoải. (trich dẫn từ Alan P. Dickin, 1995)