О появлении новых элементов и о нескольких способах определения возраста земных слоев

Специалистам, занимающимся установлением возраста древ­них отложений, пришлось иметь дело с огромным разно­образием горных пород. Одни породы являются первичными продуктами земных недр, другие возникли в результате их разрушения и изменения.

При процессах выветривания образуются глины, пески и галечники; в водных бассейнах происходит химическое осаждение солей; в итоге жизнедеятельности организмов могут формироваться известняки, кремнистые породы и за­лежи каменного угля. Все эти породы называются осадоч­ными.

Расплавленная магма, внедряясь из глубин Земли в толщу земной коры и застывая в ней, дает породы, получившие название интрузивных (граниты, сиениты, габбро и др.). Если же магме удается достигнуть земной поверхности, обра­зуются вулканогенные породы: эффузивы (застывшие потоки лавы) и туфы (вулканический пепел и продукты его пере­работки). Интрузивные и эффузивные породы называют маг­матическими.

Под действием давления, высокой температуры и хими­чески активных веществ магматические и осадочные обра­зования могут совершенно изменить свой облик и перейти в перекристаллизованное состояние. Таковы, например, гней­сы, кристаллические сланцы, мраморы. Эти породы названы метаморфическими.

Каждому типу пород присущ своеобразный комплекс ми­нералов. Различно происхождение этих минералов, различна их история. Химические компоненты, входящие в состав вещества минералов, ведут себя по-разному. Поэтому, ставя перед собой задачу определить возраст горной породы, необ­ходимо тщательно изучить ее происхождение и выбрать из арсенала научных методов те, которые могли бы обеспе­чить наибольшую достоверность ожидаемых результатов.

Как известно, радиоактивность может проявляться в двух основных формах, получивших название альфа (а)- и бета (0)-распада. При альфа-распаде ядро радиоактивного эле­мента испускает альфа-частицу — ядро атома гелия, состоя­щее из двух протонов и двух нейтронов, и один квант гамма-излучения. При бета-распаде ядро излучает бета-частицу, которая представляет собой электрон, и нейтрино. Оба вида распада сопровождаются нагреванием окружающего ве­щества. Кроме того, ядро может иногда захватывать электрон с ближайшей электронной оболочки, излучая при этом ней­трино. На изучении этих процессов и построены главнейшие методы абсолютной геохронологии.

Одним из первых способов определения абсолютного воз­раста был уже упоминавшийся свинцово-изотопный метод, основанный на изучении процессов распада изотопов уран-238, уран-235 и торий-232. По соотношению этих элементов и изотопов свинца, образующихся в результате их радио­активного распада, удается с высокой точностью установить время появления горной породы.

Однако урановые и ториевые минералы недостаточно стой­кие, легко разрушаются и, кроме того, не так уж часто встре­чаются в природе. Это поначалу накладывало существенные ограничения на использование свинцового метода. Но по­скольку содержание урана и тория в горных породах не оставалось постоянным в ходе геологической истории, из­менения эти неизбежно должны были отразиться и на соот­ношении продуктов их распада. Следовательно, совершенно необязательно, чтобы в минералах непременно присутство­вали уран и торий. Достаточно, если нам будет известен, например, изотопный состав содержащегося в минерале свинца.

Природный свинец представляет собой смесь четырех изотопов, из которых три (свинец-206, -207, -208) являются продуктами радиоактивного распада. Анализы показывают, что в образующихся ныне слоях эти изотопы содержатся в отношении

²⁰⁴Pb:²⁰⁶Pb:²⁰⁷Pb:²⁰⁸Pb=1:19,04:15,69:39,00.

В отложениях минувших эпох это соотношение изме­няется: чем древнее горная порода, тем меньше в ней радио­генных изотопов свинца.

По известной нам скорости распада материнских элемен­тов нетрудно вычислить, какое количество каждого изотопа должно присутствовать в породах того или иного возраста. Если же установить, в каком соотношении пребывают изо­топы свинца в интересующем нас минерале, можно решить и обратную задачу: по количеству изотопов установить время образования породы.

Свинец неплохо исполняет роль «метрического свидетель­ства» горных пород, особенно в тех случаях, когда прихо­дится иметь дело с большими залежами, насыщенными этим элементом. Но распространен свинец в земной коре неравно­мерно. При сравнении результатов многочисленных анали­зов было замечено, что в одних местах количество свинца по отношению к урану и торию явно занижено, а в других — чрезмерно завышено.

Дата добавления: 2015-09-06