Общая геология - Якушова А.Ф.
ISBN 5—211—00131—1
Скачать (прямая ссылка):
2. Радиологические, или изотопные, методы измерения геологического времени возникли только в XX в., после открытия естественной радиоактивности. В 1902 г. Пьер Кюри впервые высказал идею о возможности определять возраст минералов по распаду
радиоактивных изотопов. Основные типы радиоактивных изотопов и их производные:
238TJ-*20врЬ + 8Не 87Rb-»-»-Sr 4- P
235Tj-^OTPb -J- 7He 147Sm-^143Nd + Не
232Tl1-^OSPl3 -f. 6He 1"Re-^lSTOs -j- р
40К-^40Са 14C
40Ar
Радиоактивные изотопы в малых количествах входят в кристаллическую решетку многих минералов. С момента образования минерала в нем начинают накапливаться продукты самопроизвольного распада изотопов. Процесс распада происходит со строго постоянной скоростью. Никакие внешние факторы не могут ни ускорить, ни замедлить этот процесс. При распаде материнских изотопов образуются новые дочерние изотопы. Так, из 238U получается 206Pb H-8Не. В зависимости от того, по изотопам какого радиоактивного химического элемента и соответствующего ему продукта распада производится определение возраста, в изотопной геохронологии различают несколько методов: уран-свинцовый, калий-аргоновый, рубидий-стронциевый, радиоуглеродный и др.
Первым с 1907 г. получил применение уран-свинцовый метод, основанный на соотношении количества нерасщепившихся атомов урана и вновь образованных атомов свинца со времени возникновения породы или минерала. Расчет возраста производится по
формуле t = ~- In ^-^- + 1 j, где t — возраст минерала; D и
P — найденные в минерале дочерние (D) и родительские (P) изотопы; X — константа распада изотопа.
Производным уран-свинцового метода является свинцово-изо-топный метод, основанный на использовании отношения 207РЬ/208РЬ. Количество того или иного изотопа свинца, накопившегося со времени образования исследуемого минерала и до настоящего времени, определяется по формулам 206Pb =238U (ew—1); 207Pb =
207Pb aaeu(e*-''_l)
=235U {evt_ 1); 208Pb = 232Th {ex-'t_ 1}. поделив = 238U(^_0 ¦
можно установить возраст минерала без определения изотопов урана, так как в любом земном веществе отношение 235U/238U постоянно и равно ^ . Поскольку период полураспада 238U
очень большой (4,51 млрд лет), то имеется возможность определять возраст горных пород, образовавшихся в течение всей геологической истории Земли, возраст метеоритов, пород Солнечной системы и их спутников. Уран входит в состав более 200 минера-: лов. Наиболее часто этим методом пользуются для определения возраста пород, содержащих такие минералы, как урановая смолка, монацит, циркон, ортит.
Калий-аргоновый метод основан на том, что радиоактивный изотоп 40K, распадаясь, приводит к накоплению в минерале радиогенного изотопа 40Ar. Соотношение количества последнего и 40K
позволяет определить возраст минерала. Преимущество калий-аргонового метода состоит в том, что калий входит в состав более 100 минералов, включая такие широко распространенные, как калиевые шпаты, плагиоклазы, слюды и др. В большом количестве (до 7—10%) калий присутствует в глауконите, что дает возможность определять возраст многих осадочных пород.
Рубидий-стронциевый метод основан на радиоактивном распаде изотопа 87Rb и превращении его в радиогенный изотоп стронция 87Sr. В самое последнее время стал широко применяться самарий-неодимовый метод. Оба эти элемента (Sm и Nd) относятся к группе редкоземельных элементов и встречаются часто, но в очень малом количестве. Радиоактивный распад изотопа 147Sm происходит очень медленно. Период его полураспада равен 106 млрд лет. Этим методом наиболее надежно можно определять возраст самых древних пород. Кроме того, этот метод успешно используется для датирования основных и ультраосновных пород, так как самарий накапливается предпочтительно в ультраосновных расплавах.
Радиоуглеродный метод позволяет вычислить время захоронения растительных остатков, а следовательно, и возраст породы, в кото-рой они находятся. В атмосфере имеется изотоп 14C с периодом полураспада 5568 лет, который поглощают растения. После их. отмирания распад 14C продолжается, т. е. происходит уменьшение его содержания. Зная время полураспада и измерив количество сохранившегося в растительных остатках 14C, можно узнать возраст породы или время захоронения растения. Этот метод применяется для определения возраста молодых (менее 5500 лет) пород или геохимических процессов. Например, по содержанию 14C в деревянном гробу одного из египетских фараонов определили время захоронения — 2190 лет тому назад. Точность метода ±200 лет.
На основании радиологических методов в настоящее время произведено определение продолжительности всех геологических эр и периодов, времени их начала и конца (см. табл. 2).
Древнейшие породы в настоящее время установлены в Западной Гренландии (3,8 млрд лет). В Украинском кристаллическом массиве (СССР) выявлены породы с возрастом 3,6 млрд лет. Самая большая возрастная цифра — 4,1—4,2 млрд лет—получена по цирконам из Западной Австралии, но циркон здесь залегает E переотложенном состоянии в мезозойских песчаниках.
