Радиоизотопный метод определения геологического возраста

Конкретное время образования горных пород может быть установлено благодаря радиоизотопному анализу, с помощью радиоактивных атомов, Радиоактивность — это самопроизвольный распад радиоактивных атомов, которые встречаются в горных породах (см. рис. 4.1). Атомы распадаются, выделяя элементарные частицы и энергию. Например, уран (238U), распадаясь, испускает частицы и образует свинец (206Pb). Исходный атом урана называют материнским, а продукт радиоактивного распада, свинец (206Pb), — дочерним атомом. В горных породах имеется четыре вида радиоактивных атомов с относительно высоким содержанием: два изотопа урана (238U и 235U), калий (40K) и рубидий (87Rb). Каждый изотоп распадается с определенной скоростью, которая характеризуется величиной периода полураспада. Период полураспада — это время, необходимое для распада ровно половины материнских атомов в дочерние (см. рис. 4.2, табл. 4.1.).

При распаде одного материнского атома образуется один дочерний. С течением времени количество радиоактивных материнских атомов уменьшается и увеличивается количество дочерних. Измерив количество оставшихся материнских и образовавшихся дочерних атомов, можно определить возраст минералов, из которых состоит горная порода. Такая методика используется в калий-аргоновом методе. Калий — широко распространенный элемент. Изотоп калия 40K распадается с образованием аргона (40Ar) с периодом полураспада 1,3 млрд лет. Предполагается, что в момент образования минерала в кристаллической структуре содержится только калий, но не аргон, так как последний является инертным газом. Аргон, обнаруженный в структуре кристалла в данный момент времени, может быть только следствием радиоактивного распада калия. Измерив в минерале соотношение 40K и 40Ar, можно сопоставить его с кривой радиоактивного распада и тем самым установить приблизительный возраст породы. Например, если отношение 40K к 40Ar составляет 1:3, это означает, что возраст минерала — 2 периода полураспада изотопа калия, т. е. 2,6 млрд лет (см. рис. 4.3).

Изотоп углерода 14C непригоден для определения возраста большинства пород, так как он распадается слишком быстро. Период его полураспада — всего 5710 лет. По прошествии десяти периодов полураспада (или 60 тыс. лет) количество материнских атомов становится слишком малым для определения возраста. Углерод применяют исключительно в археологии, где временные масштабы значительно меньше.

Радиоизотопный метод используется преимущественно для определения возраста магматических и метаморфических пород, но не для осадочных, так как они состоят из подвергшихся эрозии первоначальных пород. Определение абсолютного возраста частиц осадочных пород приведет к установлению времени образования этих частиц, но не времени их залегания. Тем не менее реальной задачей является определение возраста или магматических интрузий в составе пластов осадочных пород или потоков лавы, покрывающих эти породы. В данном случае становится возможным датировать и подвергшиеся воздействию осадочные породы. Поток застывшей лавы будет старше, чем любая покрывающая его осадочная порода. Интрузия будет всегда моложе, чем порода, в которую она вторглась.