Реклама на сайте (разместить):



Реклама и пожертвования позволяют нам быть независимыми!

Геохронология

Материал из Викизнание
Перейти к: навигация, поиск

Геохронология (от греческого Ge - земля + Chronos - время + Logos - слово, учение ) — комплекс методов определения возраста пород или минералов с целью определения временной последовательности их образования. Задачей «Геохронологии» также является определение возраста Земли как космического образования. С этих позиций «Геохронологию» можно рассматривать как часть общей Планетологии.

Введение[править]

Ещё в XVIII веке никто не задумывался над "возрастом горных пород" [1], однако методы будущей науки уже разрабатывались любителями геологии. Так Стено (Николас Стенсен,1628 - 1686[2] впервые (1669 г.) сформулировал положение, которое в настоящее время играет роль закона: в разрезе нормально залегающие отложения отражают последовательность геологических событий, хотя понятие "нормально залегающие" точно не сформулировано. Вильямс Смит (1769 - 1839) определял степень одновозрастности слоёв пород по окаменелостям. Эти вопросы поднимал М.В. Ломоносов1. Исследования Леонардо да Винчи и В. Смита положили начало такому методу определения возраста, как Палеонтология и Стратиграфия.

Дальнейшее развитие методов определения возраста полностью опиралось на анализ различных окаменелостей, пока в 1896 французский химик Антуан- Анри Беккерель (Becquerel, 1852 - 1908; Нобелевская премия по физике, 1903 г.) случайно не открыл Лучи Беккереля, которые позже Мария Кюри (фр. Marie Curie, польск. Maria Skłodowska-Curie, 1867 - 1934; Нобелевская премия по физике, 1903) переименовала в радиоактивность. Тем самым были заложены основы главного в последующие времена метода определения возраста - ядерную (или абсолютную) геохронологию. Эрнест Резерфорд (Rutherford) (1871 - 1937) провёл в 1907 г. первые опыты по определени возраста минералов при изучения радиоактивных урана и тория на основе созданной им совместно с Фредериком Содди (Soddy, Frederick, 1877 -1956; Нобелевская премия по химии,1921) теории радиоактивности. В 1913 г. Ф. Содди ввёл понятие об изотопах (от греч. ισος«равный», «одинаковый», и τόπος — «место»), а в 1920 г. предсказал, что изотопы можно использовать для определения геологического возраста горных пород [3]. В 1928 г. Ниггот реализовал, а в 1939 г. A.O.К.Нир (Nier,Alfred Otto Carl,1911 - 1994) создал первые уравнения для расчёта возраста и применил масс-спектрометр для разделения изотопов. С этих пор метод "ядерной геохронологии" стал основным в решении задач, связанных с определением последовательности осуществления геологических событий. В СССР инициатором радиологических исследований был В. И. Вернадский (1863-1945 г.г). Его начинания продолжили В. Г. Хлопин (1890-1950 гг.), И. Е. Старик (1902-1964 гг.), Э. К. Герлинг (1904-1985 гг.). При решении возрастных задач создавались различные методы, включающие изучения изотопов Pb, K, Ar, Sr, Rb и др., получившие самостоятельные названия (уран-свинцовый, свинец -свинцовый, калий-аргоновый (G.J. Wasserburg et al., 1955; Э.К. Герлинг и др., 1955, 1957, 1961; Г. Фор и Д. Пауэл, 1974; А.С. Батырмурзаев и др., 1982 и т.д.) , рубидий-стронциевый (L. O. Nikolaysen, 1961; W. Compston, P.M. Jeffery, 1959, 1961, 1962; Э. Йегер, 1964, 1984; и др.). Эти методы являются наиболее распространёнными; они описаны в 3. Для координации геохронологических исследований в 1937 г. была создана Комиссия по определению абсолютного возраста геологических формаций при АН СССР. В это же время (1940 г. амер. химик У.Либби (Libby,Willard Frank,1908 - 1980 г.г.; Нобелевская премия по химии 1960 г.)[4] интенсивно развивается радиоуглеродный метод определения возраста (в пределах 60000 лет), заложивший строгую основу в датировании четвертичеых отложений и развитии дендрохронологии. Другие методы радиоактивного определения возраста (ксеноновый 4, самарией - неодимовый (по реакции Sm147 →Ne143 + He), рений-осмиевый, по трекам, люминесцентный и др.), ничего нового в решение задач геохронологии не внёсшие и к тому же весьма дорогие, не получили широкого распространения и носят экзотический характер.

Проведённые исследования сыграли значительную роль в развитии геологии. Непосредственным результатом этих исследований стало первое построение в 1947 г. англичанином Артуром Холмсом (Holmes, 1890 - 1965) "общей шкалы геологического возраста". Далее она систематически уточнялась. «Уточнённая» геохронологическая шкала приводится в многочисленных работах, например, в 4.

В истории развития способов интерпретации геохронологических уравнений, в частности уравнений U- и Pb- Pb- систем, выделяются два периода. В первый, преимущественно довоенной, период было предложено использование радиоактивного распада для определения возраста геологических формаций (Ниггот, 1928 г.) и представлены уравнения для его расчета (Knopf et al, 1931; Keevil et al, 1938; Nier, 1939). В это время сформировались основные понятия. В месте с тем этому периоду свойственна слабая аналитическая база низкой производительности и высокой стоимости анализов. Отсюда- отбор малого, порой единичного количества проб, на который ориентировалась интерпретационная база. Это привело к формированию одного из наиболее одиозных понятий геохронологии -«дискордантности» (лат. discordare - не соответствовать: неодинаковое выражение какого-либо признака в парах родственников).

Второй послевоенный период связан с разработкой более совершенной аппаратуры и возможностью изучения большого количества проб. В это время сформулированы представления об изохроне, появление которых необходимо рассматривать как шаг вперед в развитии геохронологии, и о многостадийности формирования изотопного состава Pb. Проведено разделение Pb-Pb- и U-Pb- систем ]]}}приведена сводка этих уравнений. В отечественной же геохронологии собственных разработок мало, практически все механистически заимствованы из иностранных, преимущественно американских источников с повторением имеющихся в них ошибок. Получено много новых уравнений, однако методологическая и методическая основы их остались прежними.

В это время активно проводились эксперименты как выщелачиванием, так и воздействием высоких температур на минералы5,6,7 по анализу миграционной способности этих элементов, особенно Ar, меньше Pb с целью использования их для повышения точности временных расчётов. Но обобщений результатов этих экспериментов, как и критериев их практического использования, нет. Начиная со времён И.Е. Старика, Э.В. Соботовича и др., L.T. Aldrich et al (с 1950- 1955 г.г.), продолжая работами А.С. Батырмурзаева (1980 г.), Ю.А. Ольховика (1987 г.) и заканчивая последующими работами, все эти исследования заключались только в изучении самого факта влияния внешних условий, а дальше - "Дальше - тишина" (спектакль театра "Моссовета"). Не разработаны способы учёта этих влияний в работах по определению возраста минералов. Другими словами, всё это говорит о застое в решении этой проблемы, вся энергия ушла "в гудок" (из анекдота про Н.С. Хрущёва). Сохранились представления о дискордантности, вследствие чего многие исследователи занимались разработкой приёмов ее учёта, затрачивая громадные ресурсы на анализ пустой проблемы без существенной отдачи. В целом же, абсолютизация «дискордантности» существенно затормозила развитие геохронологии.

В этот же период продолжали интенсивно развиваться и совершенствоваться Rb- Sr особенно K- Ar (А.С.Батырмурзаев, 1982; Э.К. Герлинг совместно с А.А.Полкановым (1988 - 1963 гг.), Ленинская премия, 1962 г.) методы определения возрастов. Но для них характерны те же методические и методологические ошибки. Заметим только, что в это время распространились представления о мифических «потерях радиогенного Ar» (Э.К.Герлинг, 1960; Х.И. Амирханов, 1960), сыгравших негативную роль в развитии метода, поскольку многие средства направлялись на изучение ложных проблем и потому существенно затормозивших развитие K- Ar- метода и не только.

В конце восьмидесятых годов на основе литературных данных проведено исследование 9 по выявлению особенностей природных распределений изотопов Pb в минералах и породах, хотя эти исследования, как эмпирическая основа развития методов геохронологии, должны были бы быть выполнены намного раньше. В основе анализа лежали представления школьного курса математики конца 50-ых годов, свидетельсвуя о глубине методического застоя в геохронологии. По этим результатам осуществлена оценка достоверности существующих приёмов определения возраста геологических образований. Оказалось, что практически все проявления «дискордантности» обусловлены ошибками в выводах и интерпретации геохронологических уравнений. Выявлена некорректность понятия «потери радиогенного аргона», которые на самом деле представляли форму фракционирования соответствующих изотопов 10.

В развитии геохронологии выделяются два весьма различающихся способа подхода к решению задачи, широко используемых до настоящего времени:

  1. Методы определения относительного возраста геологических образований;
  2. Методы абсолютной геохронологии.

Относительный возраст горных пород[править]

Абсолютный возраст горных пород[править]

Термин "абсолютный" считается устаревшим. Название метода - условное, приведено только как антоним заголовку предыдущего раздела. Ряд исследователей дают другие названия: ядерная геохронология 11, прикладная геохронология 12, изотопная геохронология, геохронология по данным абсолютнолго возраста, радиометрическое датирование и др. Все эти синонимы не определяют сущность геохронологии, а косвенно отражают только методы проведения исследований.
В основе метода лежит явление самопроизвольного радиоактивного распада, который по Резерфорду и Содди (1903 г.) протекает по закону, описывающему ход мономолекулярной реакции. В результате из материнского радиоактивного изотопа Rj образуется радиогенный изотоп дочернего элемента Di

D_{r}^{i}=R_{o}^{j}(e^{{\lambda _{{r}}t}}-1)

где Dir - современная измеренные концентрация дочернего радиогенного изотопа, Rjo - современные измеренные концентрации материнского изотопа. λr - постоянная распада атома Rj.
Попытка исправления многочисленных методических и теоретических ошибок привела к разработки альтернативной геохронологии, названной "Теоретическая геохронология" 13[5]. Поэтому в дальнейшем изложение будет разделено на два раздела:

  1. Официальная геохронология, в которой излагаются не только современные официальные методы расчёта возраста, но и дана оценка этим методам, в основном, на примере уран- и свинец - свинцовых систем;
  2. Альтернативная (или Теоретическая) геохронология, в которой изложены результаты анализа природных распределений радиогенных изотопов и на этой основе, опираясь на некоторые аксиомы, получены уравнения для расчёта.

Официальная геохронология[править]

Уран - свинцовый и свинец - свинцовый методы[править]

Эти методы являются основными в решении геохронологических задач, поскольку характеризуются универсальностью (применяются практически для всех видов минералов, не обязательно урановых) и относительной технологичностью и низкой стоимостью анализов.

Физические основы[править]

Весь свинец в основном является смесью изотопов Pb204, Pb206, Pb207, Pb208 (в первые доказал Ф. Содди). Эти изотопы не радиоактивны, такие изотопы называются стабильными; считается 11, что общее содержание Pb204 постоянно и не зависят от возраста Земли. В целом это не так, поскольку установлено, что на Землю постоянно поступает большое количество космического вещества, содержащего повышенные концентрации Pb204. Поэтому географически его концентрации изменяются в широких пределах (см. рис.1). Изотопы Pb206 (RaG), Pb207 (AcD), Pb208 (ThD) являются радиогенными и образуются в результате радиоактивного распада соответственно U238, U235 и Th. Схемы радиоактивного распада имеют вид (торий, при распаде которого образуется Pb208, не рассматривается, поскольку его роль в геохронологии не велика):

U238 → Pb206 + 8He4;
U235 → Pb207 + 74He;

Уравнения распада имеют вид соответственно:

Pb_{r}^{{206}}=U_{o}^{{238}}(e^{{\lambda _{{8}}t}}-1),\qquad {(1)}
Pb_{{r}}^{{207}}=U_{{o}}^{{235}}(e^{{\lambda _{{5}}t}}-1),\qquad {(2)}

где U238o, U235o — современные концентрации изотопов урана; \lambda _{8}=1{,}55125\cdot 10^{{-10}} год−1, \lambda _{5}=9{,}8485\cdot 10^{{-10}} год−1постоянные распада атомов соответственно урана U238 и U235 . На практике обычно пользуются уравнениями

{\frac  {Pb_{{r}}^{{206}}}{U_{{o}}^{{238}}}}=(e^{{\lambda _{{8}}t}}-1)\qquad {(3)}
{\frac  {Pb_{{r}}^{{207}}}{U_{{o}}^{{235}}}}=(e^{{\lambda _{{5}}t}}-1)\qquad {(4)}

Зафиксировав значения возраста t, можно получить график, который называется конкордией (предложил Везерилл, 1956 г.). Ее уравнение имеет вид

Y\cong (X-1)^{{\psi }}-1\,,

где ψ = λ58; ψ ≈ 2π. Именно эта форма конкордии используется в практических целях. Конкордия - это монотонно возрастающая без точек перегиба кривая. Главное свойство конкордии - это геометрическое место точек, в которых возраст рассчитан не просто по изотопам Pb, как это иногда не верно утверждается, а только по радиогенным его компонентам.
Поскольку уран на много подвижнее свинца, то объединение уравнений (3) и (4) позволяет избавиться от него через выражение

{\frac  {Pb_{{r}}^{{206}}}{Pb_{{r}}^{{207}}}}=K_{{o}}^{{U}}{{\frac  {(e^{{\lambda _{{8}}t}}-1)}{(e^{{\lambda _{{5}}t}}-1)}}}\qquad {(5)}

где KoU = U238o/U235o - величина, зависящая только от возраста урана и на данный момент KoU = 137,8. Анализируя уравнение, Г. Фор14 получил равенство

({\frac  {Pb_{{r}}^{{206}}}{Pb_{{r}}^{{207}}}})_{{t}}={{\frac  {\lambda _{{8}}}{\lambda _{{5}}}}}\cdot {K_{{t}}^{{U}}}.

Отношение изотопов Pb и KoU- отношение изотопов U берутся на некоторый момент времени t отложения U. Тогда при известных значениях параметров правой части равенства получаем современное значение отношения радиогенных изотопов Pb    (Pb206r/Pb207r)o = 21,798.
Приведённые уравнения являются исходными при разработке методов интерпретации свинцово-изотопных данных. На практике этот метод не реализуем, поскольку не известны составы радиогенных свинцов. Реальный свинец кроме радиогенного содержит другие формы, перечень которых приведён во многих работах 11,12. Однако эти формы свинца не имеют чёткого определения и образуют только информационный шум. Наиболее практичным оказались представления об обыкновенном, а точнее примесном, свинце и задача его определения стала одной из важных в разработке методов геохронологии. На практике наиболее приемлемым оказалось определение понятия примесный свинец - свинец, находящийся в системе к моменту отложения урана и начала распада последнего или/и пришедший в систему вместе с ураном. Формально это отражается равенством Pbi = Pbir + Pbio, например,

Pb^{{206}}=Pb_{{r}}^{{206}}+Pb_{{o}}^{{206}}\,\qquad {(6)}

где Pbio - примесный свинец. С несколько иной интерпретацией члена Pbio это равенство использовано в методе Дамона - Гаутерманса.

Практические приёмы[править]

В практической геохронологии в выражении (6) радиогенный свинец заменяется его выражением из (1)

Pb^{{206}}=U_{{o}}^{{238}}\cdot {f_{{8}}(t)}+Pb_{{o}}^{{206}}\,\qquad {(6a)}

где f(t)=(e^{{{\lambda _{{8}}}t-1}})\,. Это уравнение является исходным для уран-свинцового метода. Однако в таком виде оно не используется; его сильно усложняют за счёт введения параметра Pb204, отражающего современные концентрации этого свинца и преобразуещего его в уравнение

{\frac  {Pb^{{206}}}{Pb^{{204}}}}={{\frac  {U_{{o}}^{{238}}}{Pb^{{204}}}}}\cdot {f_{{8}}(t)}+{{\frac  {Pb_{{o}}^{{206}}}{Pb^{{204}}}}}\,\qquad {(6b)};

Затем член Pb206o/Pb204 заменяется на (Pb206/Pb204)o, который принимается за «первоначальную распространённость» изотопов свинца. Это уравнение является одним из основных в методе Дамона-Гаутерманса.

Рис.1.Распределение изотопа свинца 204Pb.

Анализ уже этого уравнения выявляет несколько несуразиц.

  • 1. Совершенно не ясно, зачем вообще вводится в систему Pb204.
  • 2. Не верен механизм ввода в систему этого свинца. Утверждается, что он вводится в связи с тем, что за всю историю Земли его абсолютная концентрация не изменяется. Но в конкретных случаях в систему вводится не вообще Pb204, а свинец конкретного объекта, который (рис.1) изменяется в очень широких пределах9. Следовательно уравнение (6b)должно рассматриваться либо как уравнение плоскости, либо уравнение с двумя неизестными, которое, как известно, решение не имеет. Эта ошибка возникла и повторяется во многих иностранных работах, например, Э.Р. Канасевича 15, G.L. Cumming (1969), J. S. Stacey (1974, 1975) и др. и систематически переписывается советскими (российскими) геохронологами.
Диаграмма для свинцовых систем.jpg
  • 3.  Отсюда и не верен механизм замены одной формы свинца другой, поскольку не верна интерпретация свободного члена (современный свинец искусственно превращается в первоначальный).
  • 4. Интерпретация свободного члена в уравнении (6b) вообще не верна. Это уравнение является линейным уравнением первой степени. В разделе математики, посвящённом геометрии на плоскости, имеется раздел об уравнении прямой, проведённой через заданную точку, а это как раз и относится к рассматриваемой выше задаче. Если уравнение имеет вид Y = AX + B, а заданная точка имеет значение Xo и Yo (что соответствует составам «первоначального (?) свинца»), то B = Yo - AXo.

В настоящее время разработана методика оценки этих составов на основе представлений об уравнениях компенсации"13,16[6]. Пример решения этой задачи отражён на рис.2. Тогда для пород получены значения Xo2= 18,75 и Yo2= 15,70; для метеоритов- Xo2= 9,79 и Yo2= 10,62 (здесь Х = Pb206/Pb204, Y = Pb207/Pb204). Xo2 и Yo2 - составы свинцов в источнике вещества, общем для обыгрываемых пород, они отражают координаты точки пересечения нескольких изохрон.
Другим примером ложного уравнения является выражение в коордиинатах Pb207/Pb204 -Pb206/Pb204. Оно возникает из комбинации уравнений типа (6b) приобретаz, например, вид

{\frac  {Pb^{{207}}}{Pb^{{204}}}}={{\frac  {Pb^{{206}}}{Pb^{{204}}}}}\cdot {\phi (t)}+{\frac  {Pb_{{o}}^{{207}}}{Pb^{{204}}}}-{\frac  {Pb_{{o}}^{{206}}}{Pb^{{204}}}}\cdot {\phi (t)}\,\qquad {(6c)};

Здесь \phi (t)={\frac  {f_{{5}}(t)}{{137,8}{f_{{8}}(t)}}}. Далее утверждается, что это решение даёт «действительное значение возраста».

Как видно, во- первых, и здесь существует проблема с Pb204. Почему этот результат истинен? Подобных объединений создано очень много и всегда утверждается, что они дают истинный результат. Но если уравнения типа (6b) не дают правильный результат, то почему комбинация этих уравнений (вида (6c)) даёт верный результат? Если же уравнения типа (6b) дают верный результат, то эти построения бессмыслены.
Уравнение (6c) может иметь и другую интерпретацию: это уравнение прямой, отражающей характер распределения изотопов свинца в изотермических условиях, т.е. это- изотерма. Следовательно имеются две альтернативные интерпретации - изохрона или изотерма. А значит при использовании её в качестве изохроны необходимо вводить поправки за влияние температуры образования минерала.

Между геохронологическими уравнениями.jpg

Во многих случаях в целях контроля авторы, например, К.К. Жиров 17, Е.Б. Андерсон и др. (1987 г.); Э.К. Герлинг и др. (1976 г); и др. используют несколько геохронологических уравнений, количество которых достигает 5- 6. Естественно, что каждое из этих уравнений дает отличный от других результат; это различие рассматривается как проявление дискордантности. Анализ же показал (рис.3), что одни геохронологические уравнения выводятся из других, причём выявляется некоторая исходная группа уравнений (крайний левый прямоугольник).

Конкордии.jpg

Особый интерес представляет система с конкордией (рис. 4.). Формально, для построения конкордии нужны данные о радиогенных свинцах, и для их определения в уравнение (6) вносят поправки за содержание примесного свинца. При использовании собственно уравнения (6) точки (например, точка А на рис.4) отскакивают от изохроны и им приписывается три значения возраста (см. рис.4). Это расщепление и носит название "дискордантности". Чаще всего между ними устанавливаются отношения t1 < t2 < t3, и связь между ними имеет вид

Y\approx 1+{\frac  {{lnX}\cdot {{\sqrt  {\phi }}}}{{t}\cdot {\left(\lambda _{{5}}-\lambda _{{8}}\right)}}}\,;

здесь Y = t3/t1, X = t2/t1.
При анализе причин этого явления предложены различные модели (вообще правильно (!!!) - гипотезы):

  • Закрытые системы.
  • Незамкнутостые относительно Pb, U, Th минеральные системы.

В незамкнутых (или открытых) системах выделяют а)эпизодические нарушения замкнутости систем; б) непрерывные потери изотопов; в)диффузионные потери; г)потери за счёт химического взаимодействия; д) непрерывные потери свинца; е)потери за счёт расширения (метамиктного) решётки минерала. Таким образом придуманных гипотез, то бишь моделей, уйма, но они обладают одним недостатком: не созданы объективные критерии определения влияния именно предполагаемой модели в противовес другим гипотезам, поэтому любой исследователь действует, как ему вздумается.
Для решение задач, связанных с открытыми системами, предложена комбинация конкордии и изохроны, которая названа псевдоизохроной, поскольку в системе с конкордией изохрона не существует по определению. В этом случае наблюдается пересечение конкордии псевдоизохроной максимум в двух точках. Интерпретация точек пересечения неоднозначна, т.е. субъективна. Особенно одиозна нижняя точка пересечения. Только C.J. Allegre справедливо указал, что нижняя точка не имеет реального смысла. Однако, этот вывод был отброшен и возобладал взгляд G.W.Wetherill, который приписывал ей некий физический смысл. Тогда по второй точке зрения нижняя точка «отвечает значению возраста их образования (породы)», а вторая-«верхний предел времени дифференциации U и Pb в земной коре». По третьей - верхняя точка отвечает времени становления породы, нижняя - времени наложенной минерализации. Ясно, что это – разночтения одного и того же явления.

  • Главная и единственная причина возникновения всей дискордантности - это неверные оценки величины поправки за примесный свинец. Это обусловлено тем, что нет объективных критериев оценки состава этого свинца, а операция производится по геологическим соображениям, т.е. произвольно и субъективно.

Калий - аргоновый метод[править]

Это второй по значению и распространённости метод ядерной геохронологии. A.O.К.Нир (A.O.C. Nier) доказал, что при распаде К40 образуется Ar40. Распад осуществляется путем захвата электрона на внутренней оболочке -К, отсюда и название "К-захват". Период полураспада при этом t½ = 1,254•109 лет. Кроме этого с испусканием β - лучей из К40 образуется C40a. Постоянные распада обеих реакций соответственно: электронного “K-захвата” λe = 0,557•10-10 лет и β - распада λβ = 4,72•10-10 лет. Исходное уравнение для расчёта возраста имеет вид

{\frac  {Ar^{{40}}}{K^{{40}}}}={{\frac  {\lambda _{{e}}}{\lambda _{{e}}+\lambda _{{\beta }}}}}\cdot {(e^{{(\lambda _{{e}}+\lambda _{{\beta }})t}}-1)}\,\qquad {(7)}

Этот метод применял G.J.Wasserburg (et al, 1955), G.W. Wetherill (et al, 1955) и 6. Сводка решаемых этим методом задач приведена в работе 2.
Изотоп Ca40 для решений геохронологических задач используется весьма редко.

Достаточное длительное время рабочим было уравнение (7), представляющее собой уравнение прямой, проходящей через начало координат и являющейся по смыслу изохроной. В громадном большинстве случаев это уравнение выполнялось. В дальнейшем (c 1969) стали использовать изотоп Ar36 в варианте, аналогичном Pb204. Интересен метод "Искусственной изохроны", в котором член K40 путём облучения нейтронами в ядерном реакторе заменялся изотопом Ar39 и измерением в дальнейшем не абсолютных концентраций изотопов, а отношения Ar40/Ar39.
При вычислении изотопных отношений используются константы:К40/(К39 + К41) = 0,0122•10-2 и отношение изотопов в воздушном аргоне (Ar4036) = 295,6. По первой рассчитывают концентрацию К40 в общем K, c помощью второй вводится поправка на влияние воздушного аргона, который, как считается, попадает при измерении в аппаратуру.

Проведённые оценки возраста и сравнений их с данными, полученными другими методами, показали несоответствие этих возрастов. Это привело к гипотезе о наличие в минерале также захваченного Ar40. Количество захваченного газа может быть различным. Э.К. Герлинг18 считает, что такими минералами являются, например, берилл, нефелин и др. Дальнейшие исследования показали зависимость возрастов, названных кажущимися, от расстояния до контакта интрузии (уменьшается с приближением к интрузии), от химического состава минерала (например, с ростом "железистости" кажущийся возраст амфиболов уменьшается) (S.R. Hart (1963, 1967 г., биотит, горнблендит, калиевый полевой шпат),Г.Ш. Ашкинадзе (1980 г., биотит) и пр.)

Таким образом в минерале присутствует две явные формы Ar40: радиогенный и захваченный при кристализации. Последующие исследования выявили (например, Э.К. Герлинг, 1955 г.) также псевдоомоложение значений возраста по К-Аг-методу. Это было сразу же связано с потерей аргона в последующей истории. Рейнольдс 18объяснял их потерями за счёт объемной диффузии. Э.К. Герлинг (и др. 1974) считал, что часть Ar40 обусловлена распадом неизвестного сверхтяжёлого элемента. С тех пор определение вида этих потерь и характер влияния их на определение возраста занималось и занимается и сейчас громадное количество исследователей.

Главный и практически единственный метод изучения этих явлений - анализ кинетики выделений Аг со ступенчатым прогревом при разных Т (до Т плавления минерала).

Имеются также эксперименты по поглощению Аг минералами при повышенных Т (Герлинг Э.К. и др., 1964), показав возможность обогащения минерала этим газом, однако попыток объединения этих результатов в один механизм не существует.
В результате проведения термических исследований были установлены формы нахождения аргона в минералах. Э.К. Герлинг18 выделяет три формы:

  1. В нарушениях в кристаллической решётке. Имеет наименьшие энергии активации.
  2. В самой кристаллической решётке со средними значениями энергии активации.
  3. В узлах кристаллической решётки, замещая К и в связи с другими элементами в этой решётке. Характерны наибольшие значения энергии активации Q.

Эта энергия для разных минералов различна. Например, в слюдах Q = 92 Ккал/г-атом, мусковите -85, биотите -57, флогопите - 67 Ккал/г-атом. Эти значения близки энергиям E связи элементов в решётке (А.А. Полканов, Э.К. Герлинг, 1960); например, для связи Si - O  E = 89 Ккал/г-атом, Si - H - 95 Ккал/г-атом. Т.е. одна из форм аргона очень прочно закреплена в решётке.
Поскольку при радиоактивном распаде число электронов на внешней орбите в момент свершения распада не изменяется, то образуются ионы Sr+1, Ca+1, Ar+1 с несвойственными им валентностями. Подобный механизм ионизации описан для радиогенного гелия (Ю.А. Шуколюков, Л.К. Левский, 1972). Заряженность Ar, видимо и определяет наиболее высокие значения Q при выделении его термическим методом. В дальнейшем, по- видимому, происходит обмен электронами по схеме10

{Ca^{{+1}}+Ar^{{+1}}}\rightarrow {Ca^{{+2}}+Ar^{{0}}}\,.

При радиогенной ионизации аргона возможно образование некоторых гипотетических соединений, например, ArAl3Si3O10(OH)2 или ArAl3Si3O820 [7] за счёт замещения аргоном калия.

Рубидий - стронциевый метод[править]

Из всех названных наименее распространённый и изученный метод. В основе метода лежит реакция радиоактивного β - распада рубидия и для расчёта используется первичное уравнение

Sr_{{p}}^{{87}}=Sr_{{o}}^{{87}}+Rb^{{87}}\cdot {(e^{{\lambda \cdot {t}}}-1)}\,,

где Sr87o - примесный стронций. Считается, что в Rb постоянно присутствует 27,2% Rb87p. В такой записи это- уравнение прямой линии, однако по нему нельзя определить истинную величину Sr87o. Согласно Г.Фору14 удобно разделить это уравнение на Sr86, поскольку отношение изотопов легче измерять на масс-спектрометре, чем число атомов стронция и рубидия. В результате используется приведённое уравнение вида

\left({\frac  {Sr_{{p}}^{{87}}}{Sr^{{86}}}}\right)_{{t}}=\left({\frac  {Sr^{{87}}}{Sr^{{86}}}}\right)_{{o}}+\left({\frac  {Rb^{{87}}}{Sr^{{86}}}}\right)_{{t}}\cdot {(e^{{\lambda \cdot {t}}}-1)}\qquad {(8)}

В этой методике изотопу Sr86 отводися такая же роль, что и изотопу Pb204. Здесь член в левой части отражает измеренные отношения изотопов. Первый член правой части -это отношение (первичное) изотопов в момент образования породы или минерала. Её величина определяют значением при t = 0.

Сопоставление этой методики с методами, описанными выше, показывают их полную методическую идентичность. Следовательно и ошибки этой методики те же самые. Поэтому далее методика интерпретации не рассматривается, отправляя желающих к работе 2.

Основные выводы[править]

Проведенные рписания позволили отметить наличие специфических особенностей развития геохронологии.

  • 1.Подавляющее большинство способов и методов решения геохронологических задач образуют информационный шум. В геохронологии столько наворочено, что необходимы специальные работы по расчистке этих «авгиевых конюшен». К этому мусору необходимо отнести такие понятия, как «дискордантность», «обыкновенный свинец», «вынос радиогенного аргона» и пр., а также операция деления на величины концентраций Pb204 (Sr86 и др), абсолютизация который существенно затормозила развитие геохронологии как раздела научного знания и способствовала направлению финансовых средств на решения ложных задач.
  • 2.Наличие крупных методологических проблем, из которых отметим следующие:
1). Не понимание сущности проблемы даже теми исследователями, которые признаны авторитетами в этой области;
2). Отсюда непонимание и методов решения геохронологических задач и некритическое заимствование методов иностранных (в первую очередь американских) авторов, что привело и к многочисленным методическим ошибкам.
3).Отсутствие серьезных обобщений как в области анализа природных распределений радиогенных изотопов и изобаров, так и различных экспериментальных исследований.
4). Практически все геохронологические уравнения не выведены, а выдуманы, единственным критерием их истинности является только мнение авторов.
5). Все они сопровождаются многочисленными математическими ошибками. В то время, как в математике существует стремление упрощать различные формулы с целью сделать их более прозрачными, четкими, ясными, а потому понятными и более удобными, в геохронологии же, как правило, наблюдается систематическое их усложнение.

В свое время известный советский партийный и государственный деятель В.И. Ленин дал толкование сущности «политической грамотности»: политическая грамотность определяется не тем, сколько «-измов» изучил автор, а тем, как он их использует на практике. Ясно, что такое понимание грамотности лежит в основе любого обучения. Если опираться на это определение грамотности, то практически все методы определения возраста необходимо признать безграмотными.

  • 3. Из существующих методов установления возраста геологических образований главным и наиболее перспективным необходимо признать Pb- Pb- метод. Это обусловлено слабой зависимостью результатов его использования от влияния физико-химических условий существования минералов, потенциальной возможностью теоретического обоснования и установления источников вещества практически неограниченного уровня. Последнее ограничивается только наличием фактического материала.
  • 4. Все результаты применения K - Ar- и Rb- Sr- методов говорят, что они предназначены не только для определения возраста пород и минералов, а через решение этой задачи и сопоставление его результатов с результатами использования

Pb - Pb- метода оценивать степень влияние различных наложенных процессов на распределение изотопов, в частности, определение Т и Р.

Результаты использования описанных геохронологических систем являются основой для установления возрастных границ геологических эпох и периодов, главных элементов «Геохронологической шкалы», а также времени и длительности протекания различных геологических процессов. Проведенные исследования по их оценке показали недостаточную обоснованность этих возрастных данных и необходимость их пересмотра.

Теоретическая геохронология[править]

Эта тема появилась после изучения и анализа существующих методов определения возраста минералов и горных пород и исследования по ней направлены на создание логически не противоречивой и теоретически обоснованной методики определения возраста. Это исследование включает также анализ природных распределений радиогенных изотопов и изобаров, как раз и послуживших основой решения проблемы. В целом эта тема названа "Теоретическая геохронология" и из-за недостатка места будет описана в другой статье.

См.также[править]

Библиография[править]

  1. Ломоносов М.В. О слоях земных и другие работы по геологии.- М.-Л.: Госгеолиздат, 1949. 209 с.
  2. Шуколюков Ю.А. И др. Графические методы изотопной геологии. М.: Наука, 1974
  3. Шуколюков Ю.А. Изотопы ксенона в монацитах.//Геохимия, 1963, 6, С.549 - 551
  4. Короновский Н.В.Общая геология. М.:КДУ, 2006. ISBN 5-98227 - 075 - X
  5. Рудник В.А., Соботович Э.В. Свинцово-изохронный метод стратиграфического анализа.//Докл. АН СССР, 1971, 199, 4. С.897 - 900
  6. Батырмурзаев А.С. Миграция калия и радиогенного аргона в минерала. Махачкала:Дагест. книж. изд-во, 1982.
  7. Старик И.Е. и др.К вопросу о происхождении метеоритов и тектитов.//Геохимия, 1963, 3, С. 245 - 256
  8. Йёгер Э. Rb - Sr - метод./Изотопная геология.М.: Недра, 1984.
  9. Макаров В.П. Некоторые методологические проблемы геохронологии./XI научный семинар "Система планета Земля". М.: РОО "Гармония строения Земли и планет", 2003. С. 71 - 95.
  10. Макаров В.П. Фракционирование радиогенных изотопов и изобаров в природных условия.//Отечествен. геология,1993,8.С.63-71
  11. Старик И.Е. Ядерная геохронология, М. — Л., 1961
  12. Гамильтон Е.И. Прикладная геохронология. Л., 1968.
  13. Макаров В.П. Основы теоретической геохронологии./XII семинар "Система планета Земля". М.: МГУ, РОО "Гармония строения Земли и планет", 2004. С. 228 - 253
  14. Фор Г, Пауэлл В. Изотопы в геологии.-М.:Мир, 1989
  15. Канасевич Э.Р. Интерпретация и геологическое значение данных об изотопном составе свинца./ Радиометрическое датирование.- М.: Атомиздат, 1973.116-169.
  16. Макаров В.П.«Явление компенсации» - новый вид связи между геологическими объектами./Мат-лы I междун. Научно-практич. кон-ции «Становление современной науки-2006». Т.10. Днепропетровск: Наука и образование, 2006. С. 85-115.
  17. Жиров К.К. и др. Радиологическое определение возраста катархейских образований Кольского полуострова.//Изв. АН СССР, сер. Геологичекая, 1972, 9. С. 3 -23
  18. Герлинг Э.К. Современное состояние аргонового метода определения возраста и его применение в геологии.-М.: Изд-во АН СССР,1961
  19. Амирханов Х.И., Брандт С.Б. Определение абсолютного возраста горных пород по радиоактивному превращению калия-40 в аргон-40.- Махачкала, Дагестанское кн. изд. 1956
  20. Макаров В.П.О возможности существования аргоновых минералов./Ежегодн.семинар по экспер.минералогии,петрологии и геохимии. -М.: ИЭМ,ГЕОХИ, 2003.С.44//Электронный журнал,SCGIS,2003.1.P34.


Ресурсы в Интернете[править]

Статью можно улучшить?
✍ Редактировать 💸 Спонсировать 🔔 Подписаться 📩 Переслать 💬 Обсудить
Позвать друзей
Вам также может быть интересно: