Абсолютный возраст горных пород

Абсолютная геохронология предполагает определение возраста горных пород и длительности процессов их образования в годах, тысячах, миллионах лет. При решении задач по расчленению и сопоставлению горных пород в настоящее время все в более широком масштабе применяются методы абсолютной геохронологии, то есть измерения геологического времени и времени образования и преобразования (метаморфизма) горных пород и минералов в обычных астрономических единицах — годах. Палеонтологический и другие методы определения относительного возраста горных пород, несмотря на то что они разработаны очень подробно, не дают ответа на такие вопросы, как продолжительность отдельных этапов геологического времени, точное время их начала и окончания и т. п. В этой связи уже давно делались попытки установить возраст геологических событий в абсолютной шкале времени, т. е. в годах. В настоящее время для определения абсолютного возраста всех типов горных пород и минералов, а также многих месторождений полезных ископаемых: свинцовых, полиметаллических, молибденовых, урановых и др., применяются изотопно-геохронологические методы. Итогом этих работ явилось добавление к международной стратиграфической (геохронологической) шкале возрастных реперов, позволяющих оценить в годах продолжительность отдельных этапов геологического времени, время их начала и окончания. В основе изотопно-геохронологических методов определения абсолютного возраста горных пород лежит закон радиоактивного распада. Он определяет зависимость между числом радиоактивных изотопов в закрытой системе (минерале, породе) в момент ее образования (N_о) и числом изотопов (N,), не распавшихся по прошествии времени t: N_о = N_te^ƛt, где е — основание натуральных логарифмов; ƛ — постоянная распада, показывающая долю распавшихся ядер данного изотопа за единицу времени от общего их количества в закрытой системе. Размерность этой единицы — год^-1. Э.Резерфорд в 1899 г. установил, что при радиоактивном распаде происходит эмиссия трех видов частиц — α, β^- и γ. По потокам частиц, испускаемых радиоактивными элементами, названы соответствующие типы радиоактивного распада. Вскоре было установлено, что процесс радиоактивного распада происходит с постоянной скоростью как на Земле, так и в Солнечной системе в целом. На этом основании в 1902 г. П.Кюри и Э.Резерфорд, независимо друг от друга, высказали мысль о возможности использования радиоактивного распада элементов в качестве меры геологического времени. Так наука в начале XX столетия подошла к созданию геологических часов, основанных на радиоактивных природных превращениях, ход которых является независимым от геологических и астрономических явлений. Из закона радиоактивного распада выведено главное уравнение геохронологии, по которому вычисляется абсолютный возраст существования горных пород, отсчитываемый радиоактивными часами: t=1/ƛ ln(N_k/N_t+ 1), где N_k — число изотопов конечного продукта распада; N_t — число радиоактивных изотопов, не распавшихся по прошествии времени t. Таким образом, чтобы определить возраст минерала или породы (t), достаточно измерить количество материнского радионуклида и продукта его распада — стабильного дочернего изотопа. Определение постоянных распада (ƛ) сопряжено с большими трудностями, поэтому длительное время многие лаборатории пользовались различными их значениями, что затрудняло сопоставление получаемых датировок. В 1976 г. на Международном геологическом конгрессе в Сиднее была достигнута договоренность об использовании единых значений постоянных распада, которые с тех пор применяют в своей работе все геохронологические лаборатории мира. На практике кроме констант распада (ƛ) часто используют так называемые периоды полураспада (Т^1/2) — время, за которое число радиоактивных ядер данного радиоизотопа убывает ровно на половину. Период полураспада обратно пропорционален постоянной распада и связан с ней следующим соотношением: Т^1/2 = ln2/ƛ = 0,693/ƛ. Названия изотопно -геохронологических методов определения абсолютного возраста горных пород обычно образуются из названий радиоактивных изотопов и конечных стабильных продуктов их распада. По этому признаку различают уран-торий-свинцовый {уран-свинцовый), калий-аргоновый, рубидий-стронциевый, самарий-неодимовый, рений-осмиевый и другие методы. В изотопной геохронологии принято оперировать не абсолютными концентрациями изотопов, а их отношениями, нормализованными по стабильным изотопам, концентрации которых в минерале остаются постоянными во времени. Для этой цели в U-Pb-системе используется стабильный изотоп ²⁰⁴РЬ, в Sm-Nd — изотоп ¹⁴⁴Nd, в Re-Os — изотоп ¹⁸⁶0s (иногда,⁸⁸⁰s), в Rb-Sr — ⁸⁶Sr, в K-Ar — ³⁶Ar. Уран-торий-свинцовый метод. В этой изотопной системе существует три независимых семейства радиоактивного распада: ²³⁸U→²⁰⁶PЬ + 8 ⁴Не + 6β^- + Q;

²³⁵U→ ²⁰⁷PЬ + 7 ⁴Не + 4β^-+ Q;

²³²Th → ²⁰⁸РЬ + б ⁴Не + 4β^- + Q.

Самарий-неодимовый метод основан на радиоактивном α-распаде изотопа ^I47Sm и превращении его в изотоп ^l43Nd. Лучше всего этот метод применим для датирования интрузивных пород основного и ультраосновного состава и каменных метеоритов, но вместе с тем он часто используется и для определения возраста кислых магматических и метаморфических пород. Рубидий-стронциевый метод. В основе метода лежит радиоактивный распад ⁸⁷Rb и переход его в стабильный изотоп ⁸⁷Sr путем испускания β^--частицы. В горных породах Rb обычно изоморфно замешает К в калиевых полевых шпатах, фельдшпатоидах, слюдах и других калийсодержащих минералах. Поэтому большая часть определений возраста Rb-Sr методом выполнена по горным породам, содержащим эти минералы. Если порода подвергается метаморфизму, то изотопы стронция мигрируют от одного минерала к другому, но на небольшие расстояния (первые сантиметры), в результате чего происходит гомогенизация Sr в минералах. Поэтому вся дометаморфическая геохронологическая информация минералами утрачивается. Но поскольку выноса стронция за пределы массива не происходит, то в породе в целом такая информация сохраняется. Таким образом, по валовой породе Rb-Sr система будет показывать реальный возраст породы, а по отдельным минералам — возраст завершения метаморфизма. К-Аr и ³⁹Аr-⁴⁰Аr методы. Из трех изотопов калия — ³⁹К, ⁴⁰К и ⁴¹К, естественной радиоактивностью обладает ⁴⁰К. Поскольку калий является весьма распространенным элементом, К-Ar ме­тод получил широкое применение для датирования почти всех типов горных пород. Особенно большая роль этому методу (в отличие от других) отводится при датировании осадочных пород позднего докембрия по калийсодержащему минералу — глаукониту. Использование метода для этих целей позволило установить большой возрастной диапазон позднедокембрийской седиментации — от 1650 до 570 млн лет, который оказался на много более продолжительным, чем предполагалось ранее. Рений-осмиевый метод является одним из наиболее молодых в изотопной геохронологии. У рения известны два изотопа ¹⁸⁵Re и ¹⁸⁷Re. Re-Os метод используется для определения возраста метеоритов, основных и ультраосновных пород, но особое значение он получил при датировании рудных месторождений, особенно месторождений, содержащих сульфиды молибдена и меди. Радиоуглеродный метод применяется для датирования молодых объектов, содержащих углерод, возрастом не более 70 тыс. лет. Метод основан на естественном распаде космогенного радионуклида ¹⁴С, образующегося в верхних слоях атмосферы при взаимодействии нейтронов и протонов космического излучения с ядрами атмосферных газов — N₂, 0₂, Аr.

Date: 2015-12-11; view: 1404; Нарушение авторских прав