Несогласующиеся показания изотопных уран-свинцовых геохронометров

С помощью уран-свинцового изотопного геохронометра определили возраст трех проб циркона, выделенных из этих пород. В показаниях различных изотопных геохронометров был полный разнобой. Возраст образцов, образовавшихся в действительности одновременно, различался почти на полмиллиарда лет! Для проверки уран-свинцовых геохронометров применили рубидий-стронциевый хронометр — получилось еще одно значение возраста: 2,5 млрд. лет. А калий-аргоновый геохронометр дал вовсе странное время — 1,8 млрд. лет, сильно отличающееся от показаний других изотопных геохронометров. Подобные расхождения наблюдали и во многих других лабораториях мира при изучении различных горных пород. Пришлось признать: в природе существуют какие-то процессы, переставляющие стрелки изотопных геохронометров, несмотря на то, что их ядерный механизм действует безупречно. Это процессы естественной миграции химических элементов. Дело в том, что любой минерал, когда-то образовавшись в недрах Земли, затем подвергается (иногда неоднократно) воздействиям окружающей среды. Это может быть повышение температуры в течение миллионов лет, вызванное внедрением в горные породы крупных тел раскаленной магмы или проникновением огромных объемов нагретой воды с растворенными солями. Нередко горные породы погружаются на глубины, где температура значительно повышена. При таких событиях в минералах происходит перемещение атомов химических элементов, особенно при воздействии на них горячих подземных растворов. Минералы меняют кристаллохимические свойства, их химический состав изменяется, и вследствие этого переставляются «стрелки» изотопных геохронометров: из минерала мигрируют как дочерние (радиогенные), так и материнские (радиоактивные) изотопы. В минералы могут поступать извне новые порции радиоактивных изотопов или таких же, что и дочерние, но совершенно посторонних радиогенных изотопов, образованных где-то вне минерала. В зависимости от того, какой процесс преобладает, изотопный геохронометр может то отставать, то убегать вперед, как неисправные часы.

Если посмотреть на формулу (4), описывающую ход любого из геохронометров, становится понятным, что при миграции из минерала некоторой доли дочернего изотопа (D) геохронометр отстает, числитель дроби уменьшается. Если минерал покидает радиоактивный материнский изотоп (M), геохронометр показывает большее время, чем на самом деле прошло с момента образования минерала, знаменатель дроби уменьшается, а сама она увеличивается, следовательно, и рассчитанная величина t тоже. Напротив, привнос некоторого количества радиоактивного изотопа в минерал переводит стрелки назад, получается возраст меньше истинного.

Но не только метаморфизм может быть виновником сбоев изотопных геохронометров. Ведь и при образовании минералов они изначально могут захватить из окружающей среды некоторое количество того же изотопа, что образуется впоследствии при радиоактивном распаде в них. Например, кристаллизуется минерал из расплавленного вещества древнего гранита, в котором прежде накопилось много радиогенного стронция ⁸⁷Sr. Этот стронций входит в кристаллическую структуру минерала. В последующем новообразованный радиогенный стронций ⁸⁷Sr добавляется к захваченному стронцию. Но исследователь, думая, что весь изотоп ⁸⁷Sr генерирован в минерале, может принять на веру показания изотопного геохронометра и получить гораздо большее время, чем прошло с момента образования минерала.

Что же, изотопные геохронометры не годятся для измерения геологического времени? Такой пессимистический вывод был бы неправильным. Потому что в отличие от обыденной ситуации, когда взамен неисправных часов нужно обзаводиться новыми, испорченные изотопные геохронометры обладают удивительным свойством — ими все равно можно пользоваться.