Принципы и методы изотопной геохронологии

Численные оценки возраста горных пород, используемые в наше время, основаны на данных радиоактивного распада некоторых элементов. Установленный таким образом возраст следует называть изотопным, а методы его определения радиогеохронолигеческими или радиологическими.

Явление радиоактивности связано с процессом распада ядер атомов радиоактивных элементов, протекающим самопроизвольно, с постоянной скоростью, не зависящей от физико-химических явлений, протекающих в земной коре. В природе наблюдается несколько типов ядерного распада: 1) альфа – распад, 2) бета – распад, 3) электронный захват. При альфа – распаде ядрами радиоактивных веществ выбрасываются альфа частицы (ядра Не) и порядковый номер элемента уменьшается на 2, а масса на 4, новое ядро в системе Менделеева займет место на 2 клетки левее. При бета – распаде ядра самопроизвольно испускают бета – частицы (поток электронов) и новый элемент занимает следующую клетку вправо. При электронном захвате происходит поглощение орбитального электрона одним из внутренних протонов и атомный номер элемента уменьшается. Элемент займет место на одну клетку левее.

Постоянная скорость распада характеризуется периодом полураспада – временем, в течение которого радиоактивное вещество уменьшается наполовину. Для установления изотопного возраста горных пород используются радиоактивные элементы с длительным периодом полураспада (²³²Th=13,8млрд.лет, ²³⁸U=4.53 млрд.лет, ²³⁵U=4.13млрд.лет).

Изотопный возраст определяется по минералам, имеющим в своем составе радиоактивные элементы. С момента образования таких минералов в них непрерывно происходит накопление продуктов распада – радиогенных стабильных изотопов. По любой паре радиоактивного и радиогенного стабильного изотопа можно определить возраст, зная период полураспада радиоактивного изотопа.

В настоящее время используют следующие типы ядерных реакций:

²³⁸U=⁴He+²⁰⁶Pb;⁴⁰K+e=⁴⁰Ar;²³⁵U=7⁴He+²⁰⁷Pb;⁴⁰K=⁴⁰Ca+beta;²³²Th=6⁴He+²⁰⁸Pb;⁸⁷Rb=⁸⁷Sr+beta

Название метода определения изотопного возраста горных пород происходит от конечного продукта распада: свинцовый, гелиевый, аргоновый и т.д.

Для получения достоверных результатов необходимы минералы хорошей сохранности без включений,не подвергшихся выветриванию, т.к. при выветривании возможен не только вынос, но и привнос изотопов.

Наиболее надежен и хорошо разработан свинцовый метод. Дает удовлетворительные результаты для древних пород. Применение ограничено тем что пригодные для анализа минералы встречаются крайне редко.

Гелиевый метод – накопление гелия(в основном в железорудных месторождениях где он удерживается магнетитом), аргоновый метод – сколько калия превратилось в аргон, короче тупо отношение, а зная период полураспада можно все посчитать. Для калия в аргон он кстати равен 1,3 млн лет.

Стронциевый метод – для датировки докембрийских пород из-за очень большого периода полураспада рубидия – 49,9 млрд.лет.

Радиоуглеродный метод основан на постоянном соотношении 13 к 14 в живом организме или растении Ии распада 14 после гибели. Так что можно посчитать возраст. Но это только для четвертички, потому что период полураспада ¹⁴С = 5,7 тыс. лет.

ГЛАВНОЕ ЧТО НУЖНО ЗНАТЬ – закон радиоактивного распада.

Количество атомов N от начального N₀ изменяется во времени по закону –

N = N₀ exp(-λt) где λ – постоянная распада, связанная с периодом полураспада соотношением

T_1/2 = 0.693/λ. Или еще в другом виде –N = N₀2 ^–t/T