Изотопные

В большинстве перечисленных выше методов определение времени образования каких-либо толщ относительно, т. к. базируется на выяснении соотношения с подстилающими и перекрывающими слоями или на сопоставлениях с эталонными разрезами. Однако все большее значение имеет количественное определение возраста слоя, выраженное в годах. Для этого необходимо лишь наличие какого-либо процесса, равномерно и непрерывно происходящего во времени, обладающего достаточной продолжительностью и оставляющего хорошо видимые следы в геологических образованиях. В этой связи наиболее подходящим процессом оказался для геологов радиоактивный распад неустойчивых изотопов. Становление изотопной хронометрии связывается с именем американского геолога Артура Холмса, который впервые стал применять количественные данные для определения возраста и продолжительности стратиграфических подразделений. В результате самопроизвольного распада тяжелых изотопов количество атомов этих элементов в минералах сокращается и вместо них в кристаллических решетках появляются устойчивые изотопы дочерних элементов. По соотношению материнского и дочернего изотопов в минерале, зная скорость распада неустойчивого элемента, можно судить о возрасте минерала и соответственно о возрасте изверженной породы, в которой он заключен, или о возрасте осадочной породы, если анализируются аутигенные минералы. Этот метод корректен при двух допущениях. Во-первых, скорость радиоактивного распада должна быть неизменной в течение всей геологической истории, что подтверждается современными исследованиями.

Во-вторых, все дочерние изотопы образовались в анализируемом минерале только за счет распада исходных неустойчивых изотопов. Проверка этого допущения непосредственными анализами практически невозможна. Единственный путь контроля заключается в параллельном измерении возраста различными методами и последующем анализе расхождений, если они возникают.

Изотопная хронометрия особенно большое значение имеет в стратиграфии докембрийских отложений, для которых ограничены возможности использования биостратиграфического метода.

В стратиграфии фанерозоя радиологические методы все еще применяются недостаточно широко. Тем не менее необходимо иметь в виду, что этими методами можно успешно датировать возраст магматических и метаморфических образований, к которым неприменимы обычные стратиграфические методы. В настоящее время получены изотопные даты практически для всех ярусов фанерозоя и эратем докембрия (Стратиграфический кодекс, 2006). Определенные данные о возрасте осадочных отложений могут быть получены на основе их соотношений с интрузивными образованиями, возраст которых также определен радиологическим методом.

Изотопный возраст стратиграфических подразделений устанавливается в годах (тыс., млн или млрд лет) от настоящего времени, за которое принят 1950 г., что имеет значение для голоценовых датировок.

Расчет времени производится по формуле, учитывающей количество исходных неустойчивых атомов, количество тех же атомов, сохранившихся за искомое время, и константу распада, показывающую, какая часть радиоактивных атомов распадается за единицу времени по отношению к первоначальному количеству.

В настоящее время наиболее распространенными являются четыре ме-

тода изотопной хронометрии:

1. Свинцово-урано-ториевый, или свинцовый метод, основанный на реакциях распада:

238

U → 206Pb + 84He; период полураспада T = 4,53 млрд лет;

235

U → 207Pb + 74He; T = 0,7 млрд лет;

232

Th → 208Pb + 64He; T = 13,89 млрд лет.

2. Рубидий-стронциевый:

Rb → 87Sr + e; T = 49,9 млрд лет.

3. Калий-аргоновый метод, при котором 89 % атомов изотопа 40K испускают β-частицу (электрон) и превращаются в 40Ca, а 11 % атомов 40K захватывают электрон, превращаясь в 40Ar.

4. Радиоуглеродный метод, основанный на реакции 14N с нейтроном в верхних слоях атмосферы под воздействием космического излучения и превращением его в изотоп 14С с периодом полураспада 5750 лет. Углерод в составе углекислого газа в процессе фотосинтеза входит в организмы, после захоронения которых начинается распад 14С.