В.Н. Жарков - Внутреннее строение Земли и планет (1119250), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Пылевая составляющая облака состояла из силикатов и железа, и именно из нее образовалисьпланеты земной группы, Луна, астероиды и метеориты. Пылевая компонента протопланетного облака является тем первичным резервуаром с некоторымначальным распределением изотопных отношений, из которого образовались(обособились) железные и каменные метеориты, Земля и Луна. Под возрастомвсех этих тел как раз и понимается интервал времени, прошедший с моментаих обособления, т.е. с того момента, когда они превратились в самостоятельныезамкнутые системы.
Из этого определения сразу вытекает, каким образом можноустановить возраст Земли и метеоритов.200207Pb/204Pb40A = 4.6⋅109 летB = 4.5⋅109 летAB302010010203040206Pb/204PbРис. 50. Изохрона свинца для метеоритов и пределы ее ошибок. Контуры вокруг каждойточки дают ошибки измеренийПрерывистые кривые указывают, как происходила эволюция свинца в каменных метеоритахПредположим, что мы знаем начальные изотопные отношения 207 Pb0 /204 Pbи 206 Pb0 /204 Pb и изотопные отношения для среднего общего свинца, характерного для Земли как замкнутой системы с момента ее обособления как планетноготела. Тогда ясно, что изохрона свинец – свинец (125) позволяет определитьвозраст Земли.
Далее поставим вопрос, как проверить, что таким образом мыполучаем именно возраст Земли. Если предположить, что метеориты и Земля(и Луна) обособились из первичного резервуара примерно в один и тот же момент времени, то изотопные отношения 207 Pb/204 Pb и 206 Pb/204 Pb всех этих телдолжны принадлежать одной и то же изохроне t свинца. Именно таким образомПаттерсон определил возраст метеоритов и Земли. Вначале он определил изохрону свинца для метеоритов (рис. 50).
Эту изохрону он построил по данныманализов двух железных и трех каменных метеоритов. В железных метеоритахсодержание урана и тория пренебрежимо мало, поэтому изотопные отношениясвинца в них не изменились, за время существования Солнечной системы, таккак эти маленькие холодные тела являлись замкнутыми системами. В каменныхметеоритах содержится как U, так и Th, и соответственно отношения 207 Pb/204 Pbи 206 Pb/204 Pb в них заметно большие, чем в железных метеоритах.
Каменныеметеориты образовались одновременно с железными, о чем свидетельствует то,что их изохрона проходит через точку для железных метеоритов (см. рис. 50).Вообще говоря, если сделать предположение, что метеориты и Земля образовались одновременно из одного химического резервуара, то возраст по изохронеt свинца будет и возрастом Земли как планеты. Однако Паттерсон пошел дальше. Он предположил, что средний общий свинец для Земли как планеты можетбыть взят по данным для глубоководных океанических осадков, которые образовались при усредненном сносе континентального материала из-за процессов201эрозии. И, действительно, оказалось, что изотопные отношения 207 Pb/204 Pb и206 Pb/204 Pb для осадков попадают на изохрону свинца для метеоритов, приведенную на рис.
50. Тем самым было как бы доказано, что Земля и метеоритыобразовались одновременно, так как их изотопные отношения принадлежат одной изохроне. В действительности вопрос о том, можно ли считать свинецглубоководных осадков характерным для Земли как планеты, является дискуссионным. Однако последующее развитие этого вопроса, когда средний свинецдля Земли брался по древним минералам (галенитам) с поправкой на их возраст,в целом подтвердило первоначальные выводы Паттерсона.Далее, в 60- и 70-е годы выяснение истории изотопов системы Rb – Sr такжепозволило оценить возраст Земли и метеоритов, и эти данные в достаточноймере подтвердили оценку Паттерсона (4.55 ± 0.07) ⋅ 109 лет для возраста Земли.Важным выводом из всех этих работ, который не всегда достаточно подчеркивается, является то, что интервал времени, разделяющий эпохи образованияметеоритов и Земли как планеты, много меньше, чем 108 лет.
Возраст Луны былопределен, исходя из тех же принципов, что и возраст Земли, причем возрастыобоих этих тел практически совпали.Самым важным достижением последних лет в области изотопной геохронологии было создание метода датирования 147 Sm → 143 Nd. Изотоп 147 Sm припереходе в 143 Nd испускает α -частицу. Период полураспада равен 1.06 ⋅ 1011 лет.Существование большого числа изотопов ниодимa (142 Nd, 143 Nd, 144 Nd и 146 Nd)позволяет строить изохроны, как это принято в методе Rb – Sr. Большим преимуществом этого метода является то, что он позволяет при построении изохрониспользовать основные минералы, входящие в состав метеоритов и базальтов,такие как плагиоклазы и пироксены.
Кроме того, система Sm – Nd значительноболее устойчива к возмущениям, чем Rb – Sr, K – Аr и U – Рb. Для примененияданного метода были разработаны масс-спектрометры с рекордной чувствительностью. Первые успешные определения возраста метеоритов Sm – Nd-методомбыли опубликованы Лагмаером в 1974 г. В настоящее время с помощью этогометода исследуются сложнейшие вопросы истории метеоритов, Солнечной системы и мантии Земли. Успехи методов абсолютной геохронологии позволилинаметить основы геохронологической шкалы для докембрийской (догеологической) истории Земли.
Эта шкала приведена в табл. 11 (Тугаринов А.И. Общаягеохимия. — М.: Атомиздат, 1973).Данная глава посвящена тектонике плит, в основе которой лежит также геомагнитная хронологическая шкала. Изложим кратко основные понятия, относящиеся к этому вопросу.Первая геомагнитная шкала была разработана Коксом, Доуэллом и Далримплом в 1966 г. для последних 4 миллионов лет.
Шкала была построена по палео202Таблица 11Схема геохронологии ЗемлиШкала 1964 г.ФанерозойПротерозойСреднийи верхнийНижнийАрхейКатархейЧастное делениеВозраст,млн летТектономагматическийциклКатангинскийГренвильскийВерхний рифей6501000 ± 100Средний рифей1400 ± 100Нижний рифейФормированиепреимущественнофундаментаплатформВозникновениедревних ядерщитовВозникновениежизниОбразование Земли1900 ± 1002600 ± 100МедвежеозерскийБеломорскийРодезийский3500 ± 100Белозерский4500 ± 150магнитным данным для материковых вулканических образцов, датированныхс помощью K – Аr-метода. Первоначальная, шкала была разделена на четыреэпохи — интервалы времени, на протяжении которых сохранялась преимущественная полярность магнитного дипольного поля одного знака. Эпохи былиназваны именами выдающихся геомагнитологов: 1) 0 ⩽ t ⩽ 0.69 ⋅ 106 лет — эпоха Брюнес (нормальная полярность), 2) 0.69 ⋅ 106 ⩽ t ⩽ 2.43 ⋅ 106 лет — эпохаМатуяма (обратная полярность), 3) 2.43 ⋅ 106 ⩽ t ⩽ 3.32 ⋅ 106 лет — эпоха Гаусс(нормальная полярность), 4) 3.32 ⋅ 106 ⩽ t ⩽ 5.10 ⋅ 106 лет — эпоха Гильберт (обратная полярность).
Обратная намагниченность горных пород была открытафранцузским ученым Брюнесом в 1906 г., который дал своему открытию правильную интерпретацию. Именно, Брюнес предположил, что в эпоху образования этих пород магнитное поле Земли имело обратную ориентацию. Сейчасможно только поражаться смелости мышления этого исследователя. В 20-е годы значительно более обширный материал собрал японский ученый Матуяма,который установил, что около половины изученных им вулканических пород изЯпонии и Кореи имеют прямую намагниченность, а оставшиеся образцы имеют обратную намагниченность.
Матуяма также сделал правильные выводы из203своих анализов. О вкладе Гаусса и Гильберта в геомагнитные исследования мыуже знаем из гл. 4.В каждой эпохе имеются несколько коротких интервалов, во время которыхмагнитный диполь Земли имел полярность, обратную основной полярности эпохи. Эти кратковременные интервалы получили общее название эпизодов, каждому из которых присвоено имя той местности, по образцам которой он былвпервые выявлен.В том же 1966 г. Опдайку, Глассу, Хейсу и Фостеру удалось подтвердитьпервую геомагнитную шкалу благодаря исследованиям остаточной намагниченности образцов осадков, взятых с морского дна.
С тех пор анализ вертикальныхколонок, поднимаемых со дна моря с помощью трубок-пробоотборников, играетбольшую роль в изучении магнетизма и хронологии морского дна. Эти исследования стали еще большее информативными во время осуществления проектовглубокого бурения осадочной толщи морского дна вплоть до коренных породглубоководного фундамента. Вайи в 1906 г. с помощью магнитной шкалы получил первые оценки скорости раздвигания океанического дна, которая оказалась равной ∼ 1 см/год для Срединно-Атлантического хребта и ∼ 5 см/год дляВосточно-Тихоокеанского поднятия.После этих исследований стало очевидным, что полосовые магнитные аномалии океанического дна могут служить удобными геохронометрами, и весь вопрос заключается в калибровке этих хронометров. Правильная идея калибровкиполосовых аномалий океанического дна была выдвинута и к 1968 г. реализована геофизиками из Ламонтской обсерватории (США) — Хейрцлером, Диксоном,Херроном, Питменом Ш., Ле Пишоном.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
