В.С. Захаров, В.Б. Смирнов - Физика Земли (1119252), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Периол полураспада Ят очень большой — (06 млрд лет. Лучше ! всего самарий-неодимовый метод применим лля Определения воз" раста основных и ультраосновных пород, в том числе н метаморфических (эклогитов, метадиабазов и лр.), 1.9, РЕНИЙ-ОСМИЕВЫЙ МЕТОД Рений имеет два изотопа — и'Ке и НОКе, последний изотоп радиоактивен. Осмий .- металл платиншюй группы, самые высокие его концентрации обнаружены в осмириде — сплаве осмия с ирилием и другими метгщлами платиновой группы. Осмий имеет 7 изотопов и все они стабильны. И ютоп НИКе при (3-распаде переходит нп(3 '"Ке- "'Оа- (3. Накопление '»'О» в ренийсодержащей системе описывается уравнением (!.20) где ]'» О»/'»»0»] и ]'»' Ке/'" 0»], — современные планетарные значения отношенйй равные соответственно 1,0б н 3,3; первичное значение !' ~О»/'~»0»] = 0,81, Для датировки используется метод изохрон.
Ке-0» изотопная система получила широкое применение не только в геохронологии, но и в исследовании эволюции мантии Земли и развитии земной коры (Короновский, 2006). Она уникальна по сравнению с Π— РЬ и КЬ вЂ” Яг системами в том отношении, что родительские и дочерние элементы последних отторгаются мантийными фазами. В Ке — О» системе все обстоит по-другому. Ке, например, в большинстве случаев лищь незначительно перераспределяется между мантийным ресгитом и расплавом, так что его концентрация в мантии заметно не изменяется при дифференциации.
0» тоже практически весь остается в мантийном остатке. в расплав е! о перехолнт не более сотых долей от исходных концентраций в мантии. Поэтому Ке — О» система, в отличие от других изотопных систем, при условии изоляции ее от последующих процессов вещественного обмена, может дать первичный возраст остывания и кристаллизации мантии„предшествующий этапу ес частичного плавления, При использовании Ке — 0» нзотопной системы, совместно с другими изотопными методами, можно получить лополннтельную информацию„ относящуюся к возрасту, происхожлению различных типов пород и эволюции коры и мантии.
Кроме того, это один из немногих методов„позволяющий датировать возрасты сульфидных месторожлений, он успешно используется также для изучения мегеоритов. С его помощью была построена Ке — О» изохрона для метеоритов, включившая все их типы — железные, железокаменные н металлическую Фазу хондритов. Все экспериментальные точки легли строго в пределах погрешности эксперимента на изохрону, свилетельствуя об очень коротком интервале времени образования всех типов метеоритов из газово-пылевого облака.
Тачка, соответствующая изотоп- ному составу ~~~0»/'~~О» и ~~~Ке/~~~0» в мантии Земли, также легла на эту изохрону, подтверждая предположение об олновременности образования Земли и метеоритов нз одного и того же источника. 1.10. ТРЕКОВЫЙ МЕТОД ДАТИРОВОК В начале 1960-х гп американскими исследователями Прайсом и Уаткервм был предложен новый метод определения возраста минералов. основанный на подсчете плотности треков осколков спонтанного деления ядер урана (~~~()), накапливающихся в минерале в ходе ~еологической истории, В настоящее время грековое датирование представляет собой стандартный метод геохронологии н геотермических исследований (Соловьев, 2008; 8(ассу, (эау(гь 2008).
В зернах минералов происходит спонтанное деление атомов урана. при котором формируются частицы, обладающие высокой энергией. При прохождении через твердое вещество этн частицы оставляют нарушения на атомном уровне„ориентированные вдоль траектории их движения. Зги линейные нарушения называются тпреками. Образовавшиеся треки спонтанного деления можно наблюдать лишь при помощи электронного микроскопа, но если кристалл поместить в агрессивный химический реагент, то в первую очередь начнут растворяться зоны дефектов, Таким образом, размер треков увеличивается путем химического травления, и они становятся видны в оптический микроскоп (рис. 1.8).
Рис 1.6. Кристалл апатнта с треками спонтанного деления урана т~(( увеличенными путем химического травления Исеогнтик: (т1тр;,т/чптжп(Ь,по/еп,'рте)ест/тестов(сз/57161у1пеппос(тгопо!оду (() п(теьйу от Вегвеп) Накопление треков в минерале с течением времени — процесс, аналогичный накогиению тех или иных изотопов в результате радиоактивного распада. Формирование треков начинается прн опреде- Дл =~'~ма(ф"'-!), (1.2!) где Л' — число треков спонтанного деления 13; Х,/). — число распадов вследствие спонтанного деления относительно общего числа распадов ~м(3. Так как ), ск ) (8,5.
10 '~ год ' и 1,5 1О 'в -1 3 а год соответственно), то можно принять, что Х ) . уравнение (1.21) позволяет вычислить грековый возраст: ( 1,22) Расчет треко~юго возраста базируется на измеренном количестве треков спонтанного деления (Д(з) и числе атомов ~~~(3 в определенном объеме вещества. Определение количества атомов зз~(3 также основано на подсчете треков. Для этого образец облучается в ядерном реакторе потоком тепловых нейтронов, в результате происходит индуцированное деление '~~(3, и число таких событий равно 3«', .= (~з«(3!оф, ( !.25) где ф — доза тепловых пейзаж!эонов (нейтрон/см ), а о — сечение индзуцирзованного деления -' 13 тепловыми нейтронами.
Отношение ~(3г' м(3 есть константа 3 = ! /! 37,88, тогда л! = (м" щ)аф. ( 1.24) ленной температуре, называемой блокирующей или замыкающей. Ниже этой температуры в кристалле работают «трековые часы«с плотность треков увеличивается с течением времени, а их длина остается постоянной — около 16 мкм. Метод трекового датирования не имеет принципиальных отличий от других методов изотопного датирования, основанных на естественном радиоактивном распаде. Основным уравнением трекового латированив является (! .5), которое описывает скорость распада радионуклида. В большинстве случаев образование усков в природных материалах связано со спонтанным делением Ь.
Плотность треков осзз колков деления ~з'(3 и ~~ Тй незначительна. При трековом датировании измеряется число треков спонтанного деления ' (3 вместо мз измерения количества дочернего нуклила. Олнако распад ~ «(3 про23з исходит не столько за счет деления, сколько за счет эмиссии а-частиц, на чем основаны метолы (),гРЬ датирован ил, Значения постоянных распада спонтанного распада (Хл) и распада за счет эмиссии а-частиц (Х ) вместе дают постоянную распада (Х) ~з'13.
Отсюда следует Комбинация уравнений (1.22) и (1.24) лает соотношение 1.11. ВОЗРАСТ ЗЕМЛИ Данные по свинцу из нескольких различных каменных метеоритов, из троил итовой ( ге$) фазы железных метеоритов, нз лунных пород и »среднего» свинца в Земле — все укладываются на одну изохрону наклон которой соответствует примерно 4,54 100 лет (рис. 1.9). При эюм обычно полю ают, ч из изотопный состав свинца, содержащепзся в морских отложениях, соответствует среднему изотопному отношению в свинце материков, так как эрозии и сносу в моря полвержены различные горные породы. Из приведенною определения возраста следует, что все, перечисленные тетза отделились от некой общей системы именно в это время.
Это определение характеризует время, когда различные тела Солнечной системы обособились в отдельные образования, хотя„вероятно, еще не в современной своей форме. Часто зто число зо % 20 Рис. 1.9, Определение «возраста Земли» с помощью РЬ-РЬ изохроны: ! — железные метеориты; 2 — каменные метеориты; 3 — средний изотопный состав свинца Земли (по океанским осадкам). Наклон соответствует возрасту 4540 + 70 млн лет ьнз Роил ел 2004. Р 264 с измененилми) 0 о Ы 2О 50 ~РЬт' КЬ 40 50 которое является фундаментальным для метода грековою датированин.
Для вычисления трекового возраста необходимо определить отношение ()У,т)т',) числу треков спонтанного деления к числу треков индуцированного деления и измерить дозу нейтронов. В дальнейшем плотность и длина треков зависит от температуры: если температура повышается, то в кристаллах начинается отжиг (исчезновение) треков, и, как следствие, «омоложение» возраста, Таким образом, грековое датирование позволяет проследить термальную историю единичного минерального зерна, горной поролы и осадочного бассейна в целом. называют овозрастом Земли», хотя этот термин, учитывая сказанное выше, достаточно условный.
Анш!из по 1) — РЬ методу обломочных зерен циркона, нз метаосадочных пород архейского зеленокаменного пояса Западной Австралии, дает возраст 4,1 — 4,4 млрд лет. Это древнейшее вещество на Земле (рис. 1.10). На рис. 1,11 представлена сводка данных по определению возраста древнейших пород Земли, Луны и вещества метеоритов. Рис. 1,10. Возраст зерен циркона из метаосадочных пород архейского зеленокаменного пояса Западной Австралии(по Чайеу е! а!., 2006. Р. 1139) реноме норовы Звнвннев !!мюинлвв Кмл Фи Авсзрввнв Юллвм Афрнкв Цврммм Квнвлв Аз»грызня Лтнныв вор»хм Морские авзвль тм Меморвтм Железны Аконзрнтм Хонзнипы Рис. 1.11, Диапазоны определения абсолютного возраста самых древних земных, лунных пород и метеоритов с изменениями (из санге(е, 2007.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
