9.2. Рубидий-стронциевый метод185

Основан на радиоактивном распаде изотопа рубидий-87 и превра­щении его в радиогенный изотоп стронция 87. Природный рубидий со­стоит из двух изотопов с массами 85 и 87 с относительным распростра­нением соответственно 72,15 % и 27,85 %. Изотоп ⁸⁵Rb является ста­бильным. Стронций состоит из четырех стабильных изотопов (с рас­пространенностью, %) — ⁸⁴Sr (0,56); ⁸⁶Sr (9,86); ⁸⁷Sr (7,02) и ⁸⁸Sr (82,56).

Рубидий-87 распадается очень медленно с периодом полураспада 4. 88·10¹⁰ лет, что соответствует константе 1.42*10^-11 лет^-1, которая при­меняется в настоящее время по рекомендации Международной комис­сии по геохронологии. Изотопные соотношения, которые используются при масс-спектрометрических измерениях, таковы: ⁸⁵Rb/⁸⁷Sr = 2,59265, ⁸⁶Sr/⁸⁷Sr = 0,1194, ⁸⁴Sr/⁸⁶Sr = 0,056584.

В породе или минерале находится первичный стронций, который должен быть учтен при геохронологических исследованиях. Согласно радиоактивному распаду рубидия получается:

(⁸⁷Sr)₀ = (⁸⁷Sr)_p + ⁸⁷ Rb (e^λt-1),

где ⁸⁷Rb — современное количество радиоактивного рубидия в мине­рале (породе), (⁸⁷Sr)0 —общее количество стронция, (⁸⁷Sr)p — первич­ный стронций, находящийся в системе до накопления радиогенного стронция. Результаты анализов масс-спектрометрических измерений выражаются в изотопных отношениях:

[⁸⁷Sr/⁸⁶Sr]_o = [⁸⁷Sr/⁸⁶Sr]_p + [⁸⁷Rb/⁸⁶Sr] (e^λt-1).

Вычисление возраста по этому уравнению основано на положении, что количество рубидия в разных частях пород или минеральных фракци­ях разное. Следовательно, в этих фракциях за геологическое время накапливаются разные количества радиогенного стронция. Но при этом отношение радиогенного стронция к радиогенному рубидию будет от­ражать геологический возраст. Полученные масс-спектрометрическим методом изотопные отношения ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr и ⁸⁷Rb/⁸⁶Sr в минеральных фракциях наносятся на график с соответствующими координатами. Точ­ки ложатся на одну прямую линию, которая представляет собой изохрону

185 Погрешность анализа составляет ±3 %.

-215-

Изохрона образует угол α с осью абсцисс. Тангенс этого угла ра­вен:

и представляет собой отношение, по которому легко вычислить воз­раст (рис. 32).

Рис. 32. Изохрона возраста пород, построенная согласно отношениям ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr и ⁸⁷Rb/⁸⁶Sr гранита (Справочник по геохимии)

Методом изохрон легко вычислить возраст, если в образце отсут­ствует миграция рубидия и стронция, что имеет место в ряде случа­ев¹⁸⁶. Метод изохрон позволяет одновременно выяснить пригодность материала для определения возраста рубидий-стронциевым методом.

Применяется для определения возраста пород и минералов, содер­жащих рубидий (амазонит, лепидолит, биотит, мусковит, микроклин), для датировки возраста докембрийских пород— преимущественно гранитоидов и их минеральных фракций.

9.3. Уран-торий-свинцовый метод187

Свинцовый метод геохронологии основан на радиоактивном распа­де изотопов урана и тория.

Применяется преимущественно для докембрийских пород в двух вариантах.

¹⁸⁶На графике это отразится в рассеянии точек, что устраняет возможность построения изохроны.

¹⁸⁷Иногда метод называют просто «свинцовый».

-216-

Свинцово-изотопным методом¹⁸⁸ анализируются радиоак­тивные и акцессорные минералы, содержащие уран и торий (уранинит, настуран, монацит, циркон, ортит, колумбит, ксенотим и др.).

Возраст урано-ториевых минералов может быть вычислен по четы­рем изотопным отношениям:

Для вычисления возраста в настоящее время используют следую­щие постоянные распада:

Изотопы ²³⁸U ²³⁵U ²³²Th

λ, лет ^-1 1,55125*10^-10 9,8435*10^-10 4,9475*10^-11

Т, лет 4,51*10⁹ 7,07*10⁸ 1,41*10¹⁰

Опыт применения свинцового метода показал, что получаемые возрастные значения по разным изотопным отношениям имеют раз­ную сходимость. Достоверность получаемых величин возраста про­веряется тем, что возрастные значения по разным изотопным отно­шениям совпадают. Небольшими расхождениями в пределах 2 — 5 % можно пренебречь, учитывая, что они вполне допустимы при степе­ни сохранности минералов. При получении возрастных значений по разным изотопным соотношениям мы встречаем два случая — со­гласованность возрастных значений или их расхождение. Таким об­разом, свинцово-изотопный метод является самоконтролирующим. В большинстве случаев свинцово-изотопные данные дают расходя­щиеся (дискордантные) значения возраста, что связано с миграцией радиоактивных изотопов и продуктов их распада за время существо­вания минерала.

Возможность вычисления возраста одной и той же пробы одновремен­но по нескольким изотопным отношениям — главное преимущество свин­цового метода по сравнению с другими радиологическими методами.

Для радиоактивных минералов отмечается два типа возрастных аномалий:

Первый тип аномалии определяется потерей радиогенного свин­ца, что характерно для циркона и уранинита. Второй тип более свойственный

¹⁸⁸ Погрешность анализа ±5 %.

-217-

фосфатам — монациту и ксенотиму. Во всех аномалиях для древних (докембрийских) образцов наиболее достоверной величи­ной будет возраст по отношениям ²⁰⁷РЬ/²⁰⁶РЬ, а для фанерозойских объектов (урановых минералов) по ²⁰⁶Pb/²³⁸U и (ториевых минера­лов) ²⁰⁸Pb/2³²Th.

Рис. 33. Уран-свинцовая (а) и свинец-свинцовая (6) иэохроны (Справочник по геохимии)

Свинцово-изохронный метод189 используется при датировании по­роды в целом (различные метаморфические гнейсы и кристалличес­кие сланцы, мраморы, известняки, железистые кварциты) (рис. 33).

Тангенс угла наклона изохроны а характеризует возраст исследуе­мой группы образцов по одному из изотопных соотношений в зависи­мости от выбранной системы координат, а отрезок, отсекаемый изохро-ной на оси ординат, соответствует соотношению отдельных изотопов в первичном обыкновенном свинце, захваченном образцами.