8) Радиоктивность геосфер

9) Радиоактивные методы дотировки

Методы определения абсолютного возраста горных пород основаны на изучении продуктов распада радиоактивных элементов горных пород. Радиоактивные элементы попадают в породы при их формировании. Для определения возраста горной породы или минерала необходимо, чтобы они представляли собой замкнутые системы, т.е. чтобы из них за длительную геологическую историю не мигрировали начальные и конечные продукты радиоактивного распада.

Прежде всего стали использовать U²³⁸ и U²³⁵ , имеющие периоды полураспада 4,5.10⁹ и 7,1.10⁸ лет соответственно. Конечными продуктами их распада являются гелий и свинец с различными атомными массами (свинцовый метод).

Распад широко распространенного в природе изотопа К⁴⁰ (Т=1,25.10⁹ лет) приводит к образованию в одной цепочке кальция-40, а в другой – аргона-40. Методы, основанные на использовании этих конечных продуктов распада, получили название калий-кальциевого, или кальциевого и калий –аргонового, или аргонового.

Основы свинцового метода были заложены в 1911 г. английским геологом А. Холмсом, который считается основателем ядерной геохронологии, а аргоновый метод разработан в 1942 г. советскими радиогеохимиками В.Г.Хлопиным и Э.К Герлингом.

Для определения возраста геологических образований используются и другие природные радиоактивные изотопы: рубидий-87 (Т=5,25.10¹⁰ лет), самарий-147 (Т=1,06.10¹¹ лет) и др. При бета-распаде рубидия-87 образуется стронций-87 (рубидиево-стронциевый или стронциевый метод).

Для определения возраста молодых геологических образований применяется метод, основанный на распаде углерода-14 (Т=5685 лет). Конечным продуктом его распада является азот-14. В литературе этот метод наз. радиоуглеродным или радиокарбоновым. Он применяется как в геологии, так и в археологии.

Вспомним закон радиоактивного распада:

N = N₀e^-kt (1)

Причем первоначальное число радиоактивных атомов в пробе (или их концентрация) N₀ – как правило, неизвестно.

Обычно измеряется концентрация D дочернего изотопа. Тогда

D = N₀ – N = N₀ (1 - e^-kt ). (2)

Поделив (2) на (1), получим уравнение без N₀ :

D = N (e^kt - 1). (3)

По известным D и N определяют возраст t.

С помощью радиоизотопных методов возраст горных пород и других природных образований можно определить в пределах примерно десяти периодов полураспада изотопов с момента образования замкнутой системы. Важно, чтобы конечный продукт распада нерадиоактивного происхождения в этой системе отсутствовал. При наличии таких примесей приходится разрабатывать специальные методики их оценок и вводить поправки.

В1956 г. свинцовым методом впервые определен истинный возраст Земли и метеоритов, равный 4,55 0,07 млрд. лет. Аналогичным оказался возраст самых древних среди пород Луны, доставленных на Землю.

Аргоновым методом определяют возраст основных пород, стронциевым – возраст пород кислого и среднего состава.

Возраст горных пород на отдельных участках земной коры очень различный. Так, наиболее древние породы о.Цейлон имеют возраст 540 млн. лет, Калифорнии – 1700 млн. лет, Украины – 1910 млн. лет, Южной Родезии – 2675 млн. лет, Антарктиды – более 3,5 млрд. лет.