Методы определения абсолютного возраста.

Истинную продолжительность отдельных геохронологических единиц можно установить только радиогеохронологическими методами или методами определения абсолютного возраста.

Изотопный возраст устанавливается путем сравнения количества содержащегося в породе радиоактивного элемента и количества продуктов его распада, т.е. его изотопов. Экспериментально для каждого радиоактивного изотопа определен период полураспада. Этот процесс идет с постоянной и практически независящей от внешних условий скоростью, что дает нам возможность точно определять возраст пород, содержащих радиоактивные элементы и продукты его распада.

В зависимости от конечных продуктов распада различают следующие методы: свинцовый (уран-свинцовый), гелиевый, рубидий-стронциевый, калий-аргоновый, углеродный, самарий-неодимовый, аргон-аргоновый и др.

Свинцовый метод определяет количество урана, тория и количество продуктов их распада – радиогенного свинца. Применим для определения возраста магматических и метаморфических пород. Основан на радиоактивном превращении U²³⁸, U²³⁵ и Th²³² в стабильные изотопы свинца — Рb²⁰⁶, Рb²⁰⁷ и Рb²⁰⁸.

Рубидий-стронциевый метод основан на распаде радиоактивного изотопа ⁸⁷Rb и превращения его в изотоп стронция ⁸⁷Sr. Период полураспада рубидия равен 47 000 лет. Этим методом определяется возраст магматических как по минералам, так и по валовым пробам.

Обычно при измерении возраста по ⁸⁷Sr/⁸⁷Rb из гранита выделяют составляющие его минералы и в каждом из них определяют ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr и ⁸⁷Rb/⁸⁶Sr. На диаграмме в координатах ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr: ⁸⁷Rb/⁸⁶Sr данные анализов отдельных минералов гранита располагаются на одной прямой — изохроне, вытянутой вправо вверх. Тангенс угла наклона изохроны с осью абсцисс представляет собой величину ⁸⁷Sr/⁸⁷Rb, определяющую возраст данной породы.

Основные содержащие стронций минералы, используемые для рубидий-стронциевого метода – полевые шпаты, роговая обманка, слюды- биотит и мусковит.

Самарий-неодимовый метод основан на распаде самария ¹⁴⁷Sm с периодом полураспада 153 млрд. лет. Конечным продуктом является радиогенный ¹⁴³Nd. Хорошо подходит для определения возраста магматических и глубокометаморфизированных докембрийских пород.

Sm-Nd-метод может быть использован для определения возраста пород, которые непригодны для датирования Rb-Sr-методом либо из-за низких отношений Rb/Sr, либо из-за того, что они не оставались замкнутыми системами по отношению к Rb или Sr.

¹⁴³Nd/ ¹⁴⁴Nd = (¹⁴³Nd/ ¹⁴⁴Nd)₀ + ¹⁴⁷Sm/ ¹⁴⁴Nd (e^λt - 1).

Гелиевый метод основан на сравнении ²³⁸U или ²³²Th и продуктов их распада – гелия.

Возраст вычисляется по экспериментально найденному отношению в минералах. Имеет весьма ограниченное применение и с развитием аргонового метода практически перестал использоваться, так как установлено, что гелий легко мигрирует даже из кристаллических решеток с плотной упаковкой и полученный возраст, как правило, существенно омоложен.

Калий-Аргоновый метод. Возраст магматических пород определяется по изотопам ⁴⁰К и продуктам их распада ⁴⁰Ar с периодом полураспада 1300 млн. лет.

Калий достаточно широко распространенный элемент, входит в состав многих минералов. При распаде нуклида калий–40 образуется аргон–40 ( ₄₀Ar — считается стабильным). Считается, что атомы аргона оказываются «запертыми» в горной породе, как в ловушке. Размер атома аргона слишком велик для физической миграции, а химическая инертность не позволяет атомам мигрировать в результате химических реакций. Содержание калия в минерале определяется составом и структурой этого минерала, поэтому многие минералы имеют специфическое содержание ₄₀K. Каждый атом ₄₀Ar образуется при распаде одного ядра ₄₀K, поэтому можно определить число распадов (и, следовательно, число периодов полураспада), прошедших со времени образования минерала. Метод используется при датировании земных минералов, метеоритов и лунных пород, с его помощью можно оценить возраст Солнечной системы.

Ограничения метода

§ метод позволяет оценить время, прошедшее с момента последнего перехода горной породы в твердое состояние

§ метод неприменим к осадочным породам, состоящим из частиц и кусочков различных пород. Радиометрическое датирование позволит определить время кристаллизации каждой отдельной частицы, но не время их объединения в породу. Окаменелости встречаются только в осадочных породах, поэтому для определения их возраста требуются дополнительные исследования. Зачастую пласт осадочных пород неизвестного возраста, содержащий окаменелости, залегает между слоями лавы или вулканического пепла, возраст которых можно определить. Следовательно, возраст этих окаменелостей находится в интервале между возрастами выше– и нижележащих слоев

Радиоуглеродный метод (¹⁴С/¹²С) применяется в основном в археологии и антропологии для определения возраста костных остатков у углей в местах первобытных стоянок людей.

Суть метода заключается в том, что стабильный изотоп азота (¹⁴N) в атмосфере подвергается действию космических лучей, превращающих его в изотоп углерода ¹⁴C, который имеет период полураспада 5730±40 лет. Живые организмы в процессе жизнедеятельности усваивают атмосферный углерод, накапливая в своих тканях некоторое количество ¹⁴C, который, затем, постепенно распадается (предполагается, что после гибели организма новых поступлений ¹⁴C в ткани нет). Исследователю достаточно знать, сколько в среднем ¹⁴C данный вид организмов накапливает за свою жизнь, и определить, сколько его осталось в тканях - на основании этих данных рассчитывается возраст в радиоуглеродных годах.

n +¹⁴₇N →¹⁴₆C + p