Датирование по короткоживущим изотопам

Короткоживущие изотопыестественного (²¹⁰Pb, T_1/2=22,2 года; ³²Si, T_1/2=132 года) и техногенного (¹³⁷Cs, T_1/2=30,2 года; ²⁴¹Am, T_1/2=432 года) происхождения используются для датирования отложений последних столетий – морских, озерных, пойменного аллювия, овражно-балочных наносов. Наиболее хорошо разработано датирование по ²¹⁰Pb и ¹³⁷Cs. Оба этих изотопа оседают из атмосферы (в основном, вымываются дождями) и, попав на поверхность почвы, прочно сорбируются глинистыми и органическими частицами. Дальнейшее их перемещение происходит в ходе процессов эрозии и аккумуляции, для которых оба изотопа и служат маркерами.

Свинец-210 – член радиоактивного ряда ²³⁸U, продукт распада радиоактивного газа радона (²²⁶Ra → ²²²Ra → ²¹⁰Pb). Радон образуется в грунте и оттуда высвобождается в атмосферу. Соответственно, ²¹⁰Pb образуется как в атмосфере, так и in situ в грунте, присутствует в отложениях любого генезиса, причем многие обстановки осадконакопления представляют для ²¹⁰Pb квазизакрытые системы. Все это делает ²¹⁰Pb важным инструментом для изучения хронологии последних 150 лет. Свинец-210, образующийся in situ в грунте, называется фоновым (supported), выпадающий из атмосферы – избыточным (excess, unsupported). В местах, где происходит осадконакопление, попавший на поверхность избыточный ²¹⁰Pb захоранивается в толще грунта и постепенно распадается. Его концентрация экспоненциально убывает с течением времени и служит счетчиком возраста осадка до ~150 лет, когда она становится неизмеримо малой. Для определения возраста осадка на разных глубинах используют основанные на некоторых допущениях модели осадконакопления. Наиболее часто применяются следующие две (Goldberg, 1963; Appleby, Oldfield, 1978):

(1) Модель CRS (Constant Rate of Supply), постулирующая постоянную скорость привноса избыточного ²¹⁰Pb в осадок при том, что скорость осадконакопления и начальная концентрация ²¹⁰Pb в осадке могут меняться (следовательно, начальная концентрация обратно связана со скоростью осадконакопления) (рис.7.13).

(2) Модель CIC (Constant Initial Concentration), принимающая, что в поступающих осадках начальная концентрация ²¹⁰Pb неизменна, т.е. привнос избыточного ²¹⁰Pb прямо пропорционален скорости осадконакопления.

Если скорости осадконакопления оставались постоянными, обе модели дадут одинаковый результат. Если разница между моделями существенная, то выбирают ту модель, которая лучше соответствует результатам, полученным другими методами, например, по ¹³⁷Cs и ²⁴¹Am (рис.7.13)

Цезий-137 начал поступать в атмосферу в результате ядерных испытаний начиная с 1954 г (рис.7.14). Отчетливый пик его выпадения из атмосферы пришелся на 1963 г (рост испытаний в период Карибского кризиса), после чего атмосферные концентрации начали падать. Еще один пик связан с чернобыльской катастрофой 1986 г. В обстановках, где происходит непрерывное осадконакопление, начало выпадения цезия, бомбовый и чернобыльский максимумы хорошо проявляются в изменениях активности ¹³⁷Cs и служат хроностратиграфическими маркерами (рис.7.15).

7.3. Радиометрия: радиогенные методы

Это методы, состоящие в измерении кумулятивного (накапливающегося) эффекта радиоактивного распада – повреждений кристаллов, электронного захвата энергии и других явлений, возникающих вследствие воздействия радиации на минералы или фоссилии. У всех методов общий принцип – принцип накопления: чем больше величина зафиксированных изменений, тем дольше вещество подвергается воздействию радиации. В каких-то случаях облучение начинается с момента появления датируемого объекта (застывание лавы, обжиг керамического изделия). В других случаях радиационное воздействие на вещество могло проявлять неоднократно, но датируется время проявления только последнего цикла воздействия (например, время захоронения песчаного материала, который перед этим мог неоднократно переотлагаться). В таких случаях принципиальным допущением является "обнуление" вещества – полное стирание следов предыдущих воздействий. Невыполнение этого допущения приводит к большим погрешностям в получаемых датах.