Об искусстве скрывать число прожитых лет

Все операции по определению абсолютного возраста выпол­нены правильно. И методика выбрана обоснованно, и техни­ческие условия соблюдались неукоснительно. А результат анализа никуда не годится. Не вяжется он ни с представле­ниями геологов, ни с истинным положением пород в земной коре.

Такая невеселая ситуация возникала не раз. И чем больше анализов получали радиологи, тем яснее становилось, что в теле Земли действуют некие силы, словно поставившие себе целью сбить абсолютную геохронологию с верного пути.

Очень часто под влиянием всевозможных причин отдель­ные химические элементы, а иногда и целые семейства их покидают решетку материнского минерала. Одни из них рассеиваются в пространстве, другие находят приют во встре­ченных на пути минералах и, прервав свое путешествие, приживаются в кристаллах нового хозяина, пока геохими­ческие процессы не позовут их снова в дорогу. Это явление получило название миграции элементов.

На место ушедших атомов приходят элементарные частицы других веществ. Иногда горная порода может испытать насто­ящее нашествие чужеродных элементов. Пришельцы захваты­вают в свое владение все новые и новые кристаллические решетки и заставляют минералы перерождаться. Стоит по­роде утратить хоть немного аргона или приобрести доба­вочный калий, как уменьшится отношение аргон-40/калий-40 и соответственно снизится возраст горной породы.

Если же растущий минерал в силу тех или иных причин захватит избыточный аргон либо утратит некоторое коли­чество калия, отношение этих радиоизотопов увеличивается, что создаст впечатление, будто бы порода старше, нежели в действительности.

Частичная, а что еще хуже полная, потеря минералами радиогенного аргона, скапливавшегося в них на протяже­нии геологической истории, является наиболее существен­ной причиной «омоложения» результатов, полученных арго­новым методом. Потеря эта может быть вызвана и кристалло-химическими особенностями самих минералов, и различной устойчивостью их внутренних структур, и всевозможными внешними воздействиями — температуры, давления, природ­ных растворов и других сил.

Для того чтобы узнать условия сохранения аргона в по­роде, было проведено множество сравнительных анализов. Исследовались общие, или, как их называют, валовые, пробы горных пород. Затем из той же породы брались порознь по­левые шпаты и слюды. Для всех этих трех веществ опре­делялся абсолютный возраст. Когда накопилось достаточное количество результатов, стали выявляться некоторые законо­мерности.

Выяснилось, например, что наибольший возраст обычно показывает слюда, а наименьший — полевой шпат. Для древ­нейших пород Земли разница в возрасте этих минералов, выделенных из одних и тех же пород, составляет от 300 до 500 млн. лет. Для палеозойских образований она ис­числяется десятками миллионов лет, а в новейших отложе­ниях не превышает нескольких миллионов лет. Возраст ва­ловой пробы занимает при этом некоторое среднее положе­ние. Лучше всего сохраняется аргон в минералах, не под­вергавшихся за время своего существования перегревам, которые могли бы вызвать изменения кристаллической струк­туры.

Достаточно нагреть полевой шпат до нескольких сотен градусов Цельсия, чтобы в его внутреннем строении прои­зошли заметные перемены и аргон начал покидать кристалли­ческую решетку минерала. Но при той же температуре слюды стремятся сохранить свое прежнее строение и преобразуются значительно медленнее. До 1300° С необходимо нагреть свет­лую слюду мусковит, чтобы она утратила весь радиогенный аргон.

Казалось бесспорным, что аргон лучше всего сохраняется в слюдах. И вдруг — обратная закономерность: в некоторых образцах полевой шпат удерживает атомы радиогенного ар­гона лучше, чем находящаяся рядом слюда. Оказалось, снова виновата температура. На каждом тепловом рубеже любой минерал может выделить лишь некоторое количество содержа­щегося в нем аргона. Потом утечка газа прекращается и может возобновиться лишь при очередном нагревании. А вот скорости, с которыми аргон покидает кристаллическую решетку слюд и шпатов, не совпадают. Поэтому и полу­чается иногда такое несоответствие.

Опасность ошибки в результате появления в породе из­быточного аргона, захваченного кристаллами минералов во время их роста, значительно меньше. Это явление наблю­дается нечасто и к тому же присуще лишь немногим мине­ралам, которые редко используются для определения абсолют­ного возраста. Иногда ничтожные количества такого аргона обнаруживаются в эффузивных породах и туфах, но и здесь они крайне редки.

Зато в слюдах, взятых из метаморфических пород, ра­диолога могут ожидать подвохи. В кристаллах слюды сплошь и рядом можно обнаружить некоторое количество избыточ­ного аргона. Его называют реликтовым или унаследован­ным. Присутствие такого аргона ощутимо удревняет абсолют­ный возраст. И что самое неприятное — полученный резуль­тат не дает возможности даже судить о том времени, когда порода подверглась изменениям.

Глубинные растворы приносят калий, высокая темпера­тура нарушает устоявшийся режим горной породы, и, пови­нуясь их требованиям, «бредут» атомы по своим кристалли­ческим «кочевьям». Проникает подобный раствор в докем-брийские интрузивные образования, и в них начинают расти новые молодые минералы. Минералы такого происхождения не могут указать на истинный возраст горной породы.

Тем не менее такие новообразования представляют для радиолога определенный интерес. Хотя они и не позволяют решить основную задачу, но зато с их помощью можно достаточно точно установить время, когда горная порода подверглась преобразованию. А это очень важно для изу­чения геологического развития той или иной территории и воссоздания истории активности земных глубин.

А на поверхности породы, открытой действию дождя, ветра и солнца, протекают противоположные процессы — идет разрушение. Здесь кристаллическая структура минера­лов утрачивает калий. Даже невооруженным глазом можно заметить это необратимое изменение. Теряя калий, выветре-лые полевые шпаты покрываются тонкой пленкой глинистых образований. Эта пленка постепенно утолщается, захваты­вает внутренние области кристаллов и в конце концов вместо прочного полевого шпата в породе остается лишь совершенно лишенная калия белая глина — каолин.

На первых порах соотношение калия и аргона в неко­торых минералах сохраняется. Слюды, например, разру­шаются последовательно, слой за слоем, и оба элемента покидают их кристаллическую решетку в количестве почти пропорциональном. И хотя аргон утрачивается слюдой все-таки немного быстрее, это не влияет существенно на ре­зультаты определения возраста. Но так обстоит дело только в начальной стадии выветривания. Пройдет время, и эти минералы тоже потеряют свою геохронологическую ценность. Подземные грунтовые воды, насыщенные кальцием, вы­сасывают калий из слюд и полевых шпатов. А еще глубже уже другие воды — выделяющиеся из магмы — вызывают замещение калия натрием.

В слюдах и полевых шпатах в результате геохимических процессов может изменяться также количество рубидия и стронция. Если рубидий займет в кристаллах слюды место калия (а это нередко происходит при стечении определенных условий), возраст породы неизбежно окажется зани­женным. Стронций же при метаморфических преобразова­ниях, наоборот, переходит из слюды в окружающие ее ми­нералы, в частности в полевые шпаты. Поэтому определе­ние возраста метаморфических образований, сделанное по слюдам, «омолодит» исследуемую породу, а радиологические данные, полученные для полевых шпатов той же породы, напротив, «состарят» ее.

Правда, перемещения рубидия и стронция сравнительно невелики. Теоретически можно утверждать, что даже в не­большом куске породы, несмотря на все изменения, сохра­няется первоначальное соотношение стронция-87 и рубидия-87. Казалось бы, следует анализировать не отдельные минералы, а их совокупность — валовую пробу породы.

Но выяснилось, что в валовых пробах обычно присутствует огромное количество обыкновенного — нерадиогенного — стронция, в десятки раз превышающее содержание радио­генного изотопа этого элемента. Дело сразу осложнилось. Если знать изотопный состав обычного стронция, можно было бы внести соответствующие поправки и все-таки выяс­нить истинный возраст породы. Но, к сожалению, радио­логам изотопный состав стронция, как правило, не известен.

Свинцово-изотопный метод, по-видимому, имеет сущест­венные преимущества перед аргоновым и стронциевым. Так, с его помощью возраст минералов может быть исчислен по четырем парам отношений:

Дата добавления: 2015-09-06