Абсолютный возраст горных пород и методы его определения

Исторически первыми для этих целей были применены геологические методы.

Все геологические методы далеки от точности и не дают надежной основы для установления абсолютной шкалы геологического времени. Кардинальное решение проблемы геологического летоисчисления стало возможным в XX вв. связи с использованием для этих целей радиоактивных элементов, содержащихся в минералах и горных породах.

Впервые мысль о применении радиологических методов для определения абсолютного возраста геологических образований была высказана Пьером Кюри в 1903 г.

Все радиологические методы основаны на явлении самопроизвольно распада радиоактивных элементов и исходят из предпосылки, что скорость этого процесса (период полураспада) для каждого радиоактивного элемента является постоянной величиной. Современные физические представления, основанные на экспериментальных данных, позволяют считать, что скорость радиоактивного распада и в масштабах геологического времени практически постоянна. Очевидно, что в каждом минерале, который содержит тот или иной радиоактивный элемент, распад начинается с момента образования данного минерала. Отсюда, исходя из известной скорости распада, зная содержание элемента и продуктов его распада в исследуемом минерале, можно установить его возраст. В настоящее время разработан целый ряд радиологических методов определения абсолютного возраста.

Основными из них являются следующие:

1.Урано-ториево-свинцовый метод — основан на превращениях урана и тория, в результате которых образуется радиогенный свинец Изотопный состав свинца и других радиоактивных элементов определяется с помощью специальных приборов — масс-спектрометров. Ураноториевый метод достаточно надежен, однако минералы, пригодные для анализа, сравнительно редки. Кроме того, приходится учитывать возможность нахождения в них свинца нерадиогенного происхождения.

2. Калий-аргоновый метод более универсальный, поскольку калий относится к числу распространенных элементов земной коры и дает большое число минералов. Он основан на том, что изотоп калия с атомной массой 40 в результате захвата ядром электрона с ближайшего к нему К-уровня превращается в аргон ⁴⁰К +е→⁴⁰Аг. Возраст соответствующих минеральных образований обычно определяют по величине отношения ⁴⁰Аг/⁴⁰К. Чем больше это соотношение, тем древнее определяемый объект.

3. Рубидиево-стронциевый метод - основан на превращении изотопа рубидия с атомной массой 87 в стронций с тем же атомным номером. Применяется для определения абсолютного возраста слюд, широко распространенных в составе магматических и метаморфических пород, и некоторых других силикатов.

4. Углеродный метод — используется для определения возраста наиболее молодых (четвертичных) отложений и в археологии. Это связано с тем, что период полураспада радиоактивного изотопа углерода ¹⁴C, на превращениях которого основан этот метод, составляет всего 5,5 — 6 тыс. лет, что позволяет определять только возраст таких пород, время образования которых не превышает 50 — 70 тыс. лет. Радиоактивный изотоп ¹⁴С образуется в атмосфере под действием космических лучей, хорошо усваивается растениями и после их отмирания переходит в состав горных пород.

Применение радиологических методов позволило определить абсолютный возраст многих древнейших пород земной коры и придти к выводу, что формирование земной коры началось 3,6 — 4,5 млрд. лет назад. Следует отметить, что на всех континентах нашей планеты установлены породы, возраст которых варьирует от 3,8 до 3,6 млрд. лет. Возраст Земли как планеты оценивается в 6,5 — 7 млрд. лет.