Возраст природных объектов

Геохронология — это геологическое летоисчисление, основанное на определении возраста горных пород и минералов по количеству накопленных продуктов распада изотопа. Ядра элементов распадаются с различной, но постоянной скоростью для пробы образца. Предполагается, что скорость распада сохранилась постоянной, не зависящей от развития планеты.

В результате образуются атомы устойчивых, нераспадающихся элементов, количество которых увеличивается пропорционально возрасту минерала. Наиболее древние породы, найденные на Земле, имеют возраст около 3500 млн лет. Пород, возникших раньше, не обнаружено. В зависимости от продуктов распада выделяют следующие главные методы ядерной геохронологии: свинцовый, аргоновый и стронциевый.

Свинцовый метод основан на определении в минералах (ураните, монаците, цирконе, ортите) свинца, образовавшегося по ядерным реакциям

(В-1−59. Почему перед формулой гелия проставлены разные коэффициенты?).

Этим методом получают наиболее достоверные сведения, поскольку возраст минерала определяется по трем ядерным реакциям и потери урана и свинца минералом малы. Для минералов, возраст которых более 500 тыс. лет, принимается, что уран перешел полностью в свинец, так как промежуточные продукты распада имеют небольшую продолжительность жизни по сравнению с продолжительностью жизни изотопов урана. Измерение изотопного состава свинца производится масс-спектрометрами.

Аргоновый метод применяется для определения возраста минералов, содержащих калий. Содержание радиоактивного ¹⁰ К составляет в природном калии 0,012%. Изотоп калий-40 распадается по двум параллельным ядерным реакциям: около 88% ядер переходит в кальций адСа и около 12% ядер превращается в аргон™Лг (В-1−60. Каковы уравнения реакций?).

Для определения возраста породы из смеси газов выделяют аргон и находят его содержание объемным или другими способами. Метод пригоден для пород не старше миллиона лет. Недостаток метода состоит в том, что калиевые минералы легко теряют аргон. Аргоновый метод применялся при определении возраста осадочных отложений по содержанию аргона в минерале глауконите, хорошо удерживающем аргон и калий. Глауконит относится к слоистым силикатам со сложной формулой.

Стронциевый метод основан на радиоактивном распаде ⁸⁷Rb и превращении его в ⁸⁷Sr. (В-1−61. Каково уравнение реакции?) Возраст определяется по содержанию ⁸⁷Sr и ⁸⁷Rb.

Реже используется бериллиевый метод, который основан на распаде радиоактивного ¹⁰Ве, образующегося в атмосфере под действием космических лучей. Изотоп ¹⁰Ве адсорбируется на частичках пыли и вместе с дождевой водой выпадает на земную или океаническую поверхность. Период полураспада ¹⁰Ве составляет около 2,5 млн лет, и этот метод может быть использован для датирования природных событий, случившихся 10 млн лет назад. Например, так определили возраст океанических илов.

Возраст Земли отсчитывают по времени прекращения ядерного синтеза химических элементов в газово-пылевом облаке (пропланетном веществе), т. е. с момента формирования Земли как планеты. Возраст радиоактивных элементов — время, прошедшее после прекращения их синтеза. Возраст урана определяют сравнением предполагаемой начальной и наблюдаемой современной распространенности двух изотопов. Возраст Земли считают равным около 4,7 млрд лет. Возраст лунных пород — почти такой же.

Радиоуглеродный метод широко используется для определения возраста объектов с момента прекращения поступления углерода ^|4С в растения фотосинтезом. Метод основан на содержании углерода ^НС в растительных остатках, но для объектов старше 60—70 тыс. лет непригоден. Ошибка в определении возраста может превышать 80 лет. Этим методом датировали эпоху оледенения в Европе и Северной Америке, определяли возраст древних человеческих культур, ископаемых мамонтов и других объектов прошлого. Исследование обугленных деревьев, захваченных лавой при извержении вулканов, позволило оценить возраст лавовых потоков и время деятельности вулканов.

Изучение изотопного состава серы в донных илах Черного моря показало, что сероводородное заражение моря произошло после того, как началось прохождение морских вод с высоким содержанием сульфатов через современный Босфорский пролив, соединяющий Черное и Мраморное моря. В Черном море без вертикального перемешивания началось бактериальное восстановление сульфат-ионов до сульфид-ионов с образованием сероводорода. (В-1−62. Напишите уравнение реакции.) Время начала сероводородного заражения было определено радиоуглеродным анализом придонного ила. Исследования показали, что около 7500—8000 лет назад воды Средиземного моря начали заполнять черноморский бассейн, и это продолжалось около 100 лет.

Тритиевый метод пригоден для объектов не старше 60—70 лет, так как период полурапада трития всего 12,26 лет. (В-1−63. Напишите уравнение.) Этим методом была определена скорость перемешивания воды на различных глубинах океана, т. е. возраст слоев воды. Неожиданно были обнаружены повышенные концентрации трития в придонных водах Атлантического океана. Это позволило предположить, что некоторые слои поверхностных вод в высоких широтах быстро погружаются и текут к югу, не смешиваясь с вышележащими слоями. Древнейшие (палеозой) артезианские воды не должны содержать тритий, но на его присутствие указывает проникновение современных вод в древние. Тритиевый метод используется также для определения возраста вин.