книги из ГПНТБ / Радиогенный аргон в минералах и горных породах Х. И. Амирханов, С. Б. Брандт, Е. Н. Бартницкий Академия наук Союза ССР, Дагестанский филиал. 1960- 9 Мб

Uv. ПУБЛИЧНАЯ МАУННО-ТКХНИЧЕСКАЯ БИБЛИОТЕКА СССР

ПРЕДИСЛОВИЕ

Монография X. И. Амирханова, С. Б. Брандта, Е. И. Барт-

породах. Сохранность радиогенных атомов является основной предпосылкой применения радиоактивных методов определе­ ния абсолютного возраста горных пород. Исследование при­ чин и закономерностей перемещения, миграции этих атомов может, с другой стороны, дать ценную информацию о превра­ щениях, могущих иметь место в кристаллических решётках минералов в геологическом времени.

Авторы, пользуясь разработанным ими вариантом метода изотопного1 разбавления, исследовали особенности выделения, радиогенных аргона, а отчасти гелия, из большого) количества минералов и пород: сильвинов, глауконитов, слюд, полевых шпатов и др. Стремясь привлечь к решению вопроса возмож­ но большее количество физических величин, ими параллельно производилось также измерение диэлектрических потерь, электропроводности, теплоёмкости. Основной вывод авторов заключается в том, что при обычных температурах, характер­ ных для мест залегания минералов, атомы радиогенных газов не могут самопроизвольно перемещаться по кристаллическим решёткам, а являются, наподобие меченым атомам, лишь пас­ сивными свидетелями более мощных процессов перестройки кристаллических решёток в геологическом времени. Авторы установили критерий сохранности радиогенного аргона и предлагают технологическую процедуру для получения истин­ ного абсолютного возраста.

Наряду с итогами экспериментальных исследований, в кни­ ге уделено большое внимание изложению формальной и фи­ зической теории диффузии и сорбции — поскольку это необ­ ходимо для интерпретации опытного материала в терминах геохимии и физической химии.

Монография является первой попыткой перекинуть мост от эмпирического накопления геохронометрического материала к

ифизической химии.

Сэтой точки зрения, монография заполняет определенный пробел в существующей научной литературе и представляет интерес для геохронометристов, геохимиков и физ. химиков.

Практическая и методическая части книги делают её ценной для лабораторной практики.

Академик, Д. И. Щербаков

ВВЕДЕНИЕ

В течение нескольких последних лет появилось значитель­ ное количество работ, посвященных аргоновому методу опре­ деления абсолютного возраста минералов и горных пород. Однако в отличие от предыдущих лет, когда основное содер­ жание большинства подобных работ состояло исключительно в получении цифр абсолютного возраста и их обсуждении, значительная часть исследований, проведенных в последние годы, представляет собою попытки выяснения механизма про­ цессов накопления и сохранности радиогенного аргона в тех или иных минералах в течение геологического времени. Уве­ личение числа работ, посвященных этой проблеме, объясняет­ ся тем, что по мере накопления цифр, полученных аргоновым методом, происходило соответственное увеличение количества значений, дающих явно неправдоподобные величины абсолют­ ного возраста, который в огромном большинстве случаев оказывался заниженным в той или иной степени. Поэтому, казалось бы, аргоновый метод определения абсолютного воз­ раста должна была бы ожидать такая же участь, которая

постигла и гелиевый метод, почти нигде и никем в настоящее время не применяемый. Однако ввиду широкого распростра­

нения в земной коре калий-содержащих минералов и пород

и большой перспективности в этом смысле аргонового метода

скаждым годом начинает появляться все большее количест­ во исследований, посвященных проблеме сохранности радио­ генного аргона в различных минералах. Наряду с этим воз­ никает вопрос об истолковании механизма наблюдающихся потерь радиогенного аргона, успешное разрешение которого дало бы возможность ввести количественные поправки, учи­ тывающие величину этих потерь разными минералами в тече­ ние времени их существования.

Настоящая работа, посвященная сохранности радиогенно­ го аргона и выяснению механизма его потерь различными минералами, представляет собой обобщение некоторых ре­ зультатов, опубликованных в литературе, а также полученных

■авторами в течение последних трех лет при изучении это/г проблемы. Очевидно, что данная проблема представляет со­ бой сочетание двух различных сторон: геологической и физи­ ко-химической. Геологическая сторона характеризует собой

6 Введение

изменения, которые могли происходить с тем или иным мине­ ралом или породой в течение времени их существования, и

возникающие в результате этого потери радиогенного аргона. Однако эта сторона не раскрывает самой сущности механиз­ ма потерь радиогенного аргона различными минералами. Кроме того, она ничего не может сказать и о величине по­ терь. Ответ на эти вопросы может дать физико-химическая сторона рассматриваемой проблемы, при исследовании кото­ рой можно производить изучение выделения радиогенного аргона из минералов в лабораторных условиях.

Большинство калий-содержащих минералов, встречающих­ ся в природе, представляет собой, как известно, сложные кристаллические физико-химические системы, которые испыты­ вают большие или меньшие изменения в течение времени сво­ его существования. Несмотря на это, при рассмотрении меха­ низма выделения радиогенного аргона из них можно применить некоторые положения, существующие в теории твердого тела и четко разработанные к настоящему времени только для простейших кристаллических структур.

Проведение экспериментальных исследований, выполнен­ ных в настоящей работе, было бы невозможным без наличия быстрой, простой и точной методики определения радиогенно­ го аргона, которая позволяет изучать зависимости его выде­ ления на небольших количествах исходного геологического материала. Такой методикой, применявшейся в данной рабо­ те, явился масс-спектрометрический метод измерение коли­ честв радиогенного аргона с использованием изотопного раз­

бавления, разработанный в Дагестанском Филиале АН СССР

в 1953—1954 гг. и значительно усовершенствованный впо­ следствии авторами настоящей книги. Этот метод в оконча­ тельном его варианте будет подробно рассмотрен в одной из глав данной работы.

Аргоновый метод определения абсолютного возраста осно­ ван на радиоактивном превращении изотопа К40 в А40. Прев­

превращается в А40. Механизм этого превращения заключа­ ется в следующем. При К-захвате электрон К-оболочки захватывается ядром. На освободившееся место может пе­ рейти электрон с более удаленной оболочки, что должно соп­ ровождаться испусканием рентгеновского кванта К-серии. Однако в случае К40 вероятность испускания рентгеновского излучения ничтожно мала. В результате внутренней конверсии

происходит выделение электронов Оже, обладающих энергией 2,9 кэв. Число испускаемых электронов Оже практически равно числу происходящих актов К-захвата. При этом ядро К40 переходит в ядро А40, находящееся в возбужденном со­ стоянии. Период жизни такого возбужденного ядра весьма мал (порядка 10~12 сек), и оно переходит в основное состояние с испусканием одного у -кванта, обладающего энергией 1,59 мэв. Таким образом, каждому акту превращения К40 пу­ тем К-захвата в А40 сопутствует испускание одного электрона Оже и затем одного т -кванта. Очевидно, что при расчётах абсолютного возраста по радиоактивному превращению К40 в А40 необходимо иметь достаточно точные значения констант распада К40, отвечающие как первому пути, так и второму.

Рис. 1. Схема радиоактивноги превращения К40.

Константа р-распада К40 (\з) определяется достаточно просто и надежно прямыми счётными экспериментами. Не­

сколько хуже обстоит дело с константой К-захвата К40 Gk)- Основные трудности, возникающие при непосредственном оп­ ределении ее счётными методами, обусловлены малой актив­ ностью этого вида превращения К40. Эта константа распада определялась двумя путями: при помощи прямых счётных экспериментов, которые первоначально давали сильно завы­ шенные значения ее, и при помощи геологического метода, который заключается в определении содержания радиогенно­

ко этого отношения. По мере уточнения полученных данных

было высказано предположение, что по мере уточнения значе­ ния отношения разветвления оно будет стремиться к значению

За три года, прошедшие после опубликования нашей ра­ боты Ш, были получены некоторые новые, более точные дан­ ные по значению отношения разветвления. Эти значения бы­ ли получены как счётными методами, так и геологическими. Два значения отношения разветвления, полученные счётными методами Мак-Нейром и др. и Везериллом 12, 31 составляют 0,121 +0,005 и 0,123 ± 0,004 соответственно. За это же время

было опубликовано два значения лк полученных геологиче­

ским методом на различных образцах слюды определенного

соответствии с последними результатами, полученными счёт­

В 1958 г. вышла в свет статья Э. К. Герлинга 161, где он на основании некоторых геологических соображений отмечает,

что полученное им прежде значение - является несколько

завышенным, и предлагает новое значение, равное 0,118. Од­ нако нам кажется, что окончательное решение этого вопроса должно принадлежать прямым счётным экспериментам, по­ ставленным с необходимой точностью, и поэтому ставить в