9.1. Калий-аргоновый182 (калий-кальциевый) метод

Используется для датировки главным образом магматических и метаморфических пород по минералам, содержащим калий: слюдам, полевым шпатам, роговым обманкам, пироксенам. Возраст осадочных пород определяется достаточно уверенно лишь по глауконитам.

В основе метода лежат превращения радиоактивного изотопа ⁴⁰К. 89 % атомов ⁴⁰К испускают -частицу (электрон) и превращаются в ⁴⁰Са, а 11 % атомов захватывают электрон и превращаются в ⁴⁰Аг.

Вычисление возраста в настоящее время производится по заранее составленным графикам и таблицам. В настоящее время Международной комиссией по геохронологии предложены следующие значения констант распада калия:

в = 4.962-10^–10 лет^–1 (константа распада ⁴⁰К);

е = 0.581-10^–10 лет^–1 (константа электронного захвата ⁴⁰К).

В настоящее время возраст пород калий-аргоновым методом определяют только по мономинеральным фракциям; валовые пробы пород рассматриваемым методом не анализируют. При этом результат, полученный только по одному минералу, не может считаться достаточно надежным. Уверенно судить о возрасте геологических объектов можно лишь в том случае, когда радиологические датировки (в пределах точности анализа), полученные для двух-трех сосуществующих минералов, примерно совпадают. Радиологический возраст считается надежным при совпадении датировок, полученных по таким парам минералов, как биотит — калиевый полевой шпат, биотит — амфибол, амфибол — пироксен, амфибол — плагиоклаз.

Истинное время образования горных пород и минералов может быть определено лишь в том случае, если они на протяжении всего своего существования представляли собой замкнутые системы, исключающие возможность дифференцированных потерь или обогащения. Различные наложенные процессы (прогрев, катаклаз183, диафторез184 и т. п.) обычно приводят к искажению возрастных значений, получаемых радиологическими методами, особенно калий-аргоновым.

182 Погрешность определения возраста, как показало систематическое изучение межлабораторных проб, составляет ±4 %.

183 Катаклаз — [катакЛа^ш (катаклаэо) — разрушаю] нарушение внутреннего строения и частичное раздробление г.п. при дислокационном метаморфизме.

184 Диафторез — [греч. диафтора — разрушение], регрессивное минералогическое преобразование, происходящее в процессе приспособления магматических и метаморфических пород к новым условиям более низких ступеней метаморфизма.

Калий-кальциевый метод применяется не так широко из-за широкого распространения и рассеяния кальция в биосфере, состоящего на 96,97 % из изотопа ⁴⁰Са. Это мешает выделению той части кальция в минерале, которая является радиогенной.

9.2. Рубидий-стронциевый метод185

185 Погрешность анализа составляет ±3 %.

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 + ⁸⁷Rb (e^t – 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]₀ = [⁸⁷Sr/⁸⁶Sr]_p + [⁸⁷Rb/⁸⁶Sr] (e^t – 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. Изохрона образует угол  с осью абсцисс. Тангенс этого угла равен:

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

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 грани-тоидов и их минеральных фракций.