Общая-геохимия.-Иркутск-2019 (1) (856215), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Возраст вычисляется по формуле401λK+λβArt=ln (× 40+ 1).λK+λβλKKКалий является щелочным металлом и вместе с литием,натрием, рубидием и цезием располагается в группе IA периодической системы. Калий – один из десяти наиболее распространенныхв земной коре химических элементов. Он является главным компонентом многих породообразующих минералов, таких как слюды,полевые шпаты, фельдшпатоиды, глинистые минералы.Теоретические основы К-Аr метода датирования были разработаны примерно к 1950 г., и с того времени К-Аr метод стал широко используемым методом определения возраста К-содержащихпород и минералов. Калий имеет три природных изотопа, распро39страненностькоторыхсоставляет:К = 93,2581±0,0029 %,4041К = 0,01167±0,00004 % и К = 6,7302±0,0029 %.
Изотопный состав аргона земной атмосферы составляет, соответственно,40Ar = 99,60 %, 38Ar = 0,063 % и 36Ar = 0,337 %. Обычно при К-Аrдатировании предполагается, что весь первичный 40Аr имеет атмосферное происхождение и что количество радиогенного 40Аr можновычислить путем вычитания количества атмосферного аргона (рассчитанного по атмосферному соотношению 40Аr/36Аr = 295,5) изполного количества 40Аr в образце.Процесс вычисления значения времени T по системе формул,учитывающих постоянные распада 40К, количество 40Аr и 40К в породе, завершается получением значения T, соответствующего возрасту минерала, если выполнены следующие условия:1. За время существования минерала не происходит потерьрадиогенного 40Аr, образовавшегося в результате распада 40К.2.
Минерал становится закрытой системой относительно 40Аrвскоре после своего образования.3. 40Аr не привносится в систему извне.4. Введена поправка на 40Аr, захваченный из атмосферы.5. На протяжении своего существования минерал является закрытой системой относительно К.846. Изотопный состав К не меняется в результате фракционирования или какого-либо другого процесса, кроме распада 40К.7. Постоянные распада 40К достаточно точны и на их значениене повлияли какие-либо процессы и условия среды, в которойнаходился минерал.8.
Концентрация 40Аr и калия определена с достаточной точностью.40Аr/39Аr метод. Этот метод является вариантом традиционного К-Аr метода. Теоретические основы этого метода и используемая аналитическая методика в целом те же, что и при традиционном К-Аr датировании. Отличие состоит в том, что при 40Аr/39Аrгеохронологии не требуется непосредственного анализа калия(рис. 24). Основным преимуществом 40Аr/39Аr метода является возможность определения возраста на основе отношения 40Аr/39Аr, где39Аr образуется из 39К в результате облучения образца быстрыминейтронами. Для этого достаточно выделить аргон из образца в вакууме, очистить и измерить его изотопный состав на газовом массспектрометре. Величина J в формуле расчета 40Аr/39Аr возраста, характеризующая поток нейтронов, может быть определена с помощью мониторов – образцов известного возраста, облучаемых совместно с исследуемым образцом.
Таким образом, отпадает необходимость определения абсолютных концентраций, и отсутствует неопределенность, связанная с негомогенностью образцов. Этот метод, следовательно, весьма удобен для датирования очень малыхили редких образцов, таких, как метеориты или лунные породы иминералы. Минусом 40Аr/39Аr метода является то, что он мало пригоден для датировки тонкозернистых минералов, поскольку приподготовке их к анализу возникают потери 39Ar. Кроме того, аналитическая база при использовании данного метода очень сложна, таккак, к примеру, синтез 39Ar производится облучением образцабыстрыми нейтронами в ядерном реакторе. Развитием K-Ar методаявляется нейтронно-активационный вариант, в котором измеренный возраст определяется отношением 40Ar/39Ar, а не отношением40Ar/40K, как в стандартной методике.
Изотоп 39Ar генерируется искусственно за счет облучения изотопа 39K потоком нейтронов. Техника 39Ar/40Ar лежит в основе метода ступенчатых возрастныхспектров применительно к K-Ar методу. В этой модификации K-Arметода используется определение изотопного состава аргона, выделяемого в определенных температурных интервалах (ступенях) при85прогрессивном нагревании датируемого образца. Обычно используются минералы или породы, предварительно облученные нейтронами в ядерном реакторе. В итоге для определения возраста достаточно измерить отношение природного радиогенного изотопа 40Ar кискусственно генерированному изотопу 39Ar. Однако в отличие отстандартной техники, предусматривающей однократное полное выделение радиогенного аргона при плавлении образца, в методе возрастных спектров используется ступенчатый нагрев (∼10 ступеней)вплоть до полного выделения аргона. Для каждой температурнойступени определяется величина отношения изотопов 39Ar/40Ar, позволяющая рассчитать изотопный возраст.
Значения изотопных отношений и возраста, как функция доли выделенного аргона, могутиметь различный вид: «лестница вверх», «лестница вниз», «плато».Платообразный спектр, отвечающий одному возрасту для всех температурных ступеней, типичен для магматических минералов приотсутствии наложенных процессов, которые обычно искажают«плато».
По характеру искажений можно в ряде случаев сделать заключение о возрасте наложенных метаморфических процессов.Пример Ar/Ar спектра представлен на рис. 25.Рис. 24. Схема, демонстрирующая преимущества 40Ar/ 39Ar методапо отношению к K/Ar [Травин, 2016]86Рис. 25. Датирование плагиоклазов издолеритов Минусинской котловины(по: [Девонский вулканизм Минусинской … , 2012])U-Pb и Th-Pb методы. В этих методах используются следующие схемы распада:238U→8 α-частиц и 6 β-частиц →206Pb, период полураспада4468 млн лет;235U→7 α-частиц и 4 β-частицы →207Pb, период полураспада704 млн лет;232Th→6 α-частиц и 4 β-частицы →208Pb, период полураспада14010 млн лет.Естественный радиоактивный распад этих трех материнскихизотопов позволяет выполнить три независимых определения возраста. Природный уран состоит из двух радиоактивных материнских изотопов 235U и 238U, период полураспада которых укладывается в рамки геологической шкалы.
За пределы геологической шкалы выходит период полураспада 232Th – единственного долгоживущего природного изотопа тория. Для датирования может быть использован любой минерал, содержащий U и Th, например, циркон,монацит, апатит, ксенотим, алланит, уранинит или торит. Такимобразом, для определения возраста используется анализ U, Th и Рbпо минералам.В U-Pb методе наиболее часто применяемым минералом является циркон. Совершенствование приборной базы привело к тому,что сегодня возможен анализ возраста по одному зерну цирконаили крайне малому их количеству.
Для наиболее часто анализируемых типов горных пород выделение циркона в раздробленномштуфе может быть произведено с использованием тяжелых жидко87стей. Решающим звеном в датировании минералов U-Pb методомявляется масс-спектрометрический анализ изотопного составасвинца, урана и тория. Результаты определения возраста U-Pb методом обычно рассматривают графически относительно кривой согласованных значений изотопных отношений – конкордии. Диаграмма строится в координатах изотопных отношений206Pb/238U –207Pb/235U.
Конкордия является геометрическим местом точек, длякоторых возраст, вычисленный по отношению 206Pb/238U, равен возрасту, определенному по отношению 207Pb/235U (рис. 26).Рис. 26. Диаграмма изотопных отношений 206Pb/238U – 207Pb/235U сконкордией и изохроной по результатам измерений образцов.Изохрона проведена через квадратные точки ‒ результаты измерений(по: [Dirks U-Pb zircon … , 2001]). Она пересекает конкордию в точке,показывающей возраст объекта ~2,6 млрд летПодобную диаграмму можно также построить для отношенийPb/232Th и 207Pb/235U.
Th-Pb метод имеет значительно меньшеепрактическое значение, чем U-Pb метод, так как он часто дает величины возраста, которые трудно или невозможно интерпретировать.Большим преимуществом U-Pb метода датирования является использование двух связанных систем с различными постояннымирадиоактивного распада, что позволяет с помощью одного анализапроверить предположение о замкнутости системы в отношении U и20888Рb. Система остается закрытой, если за время существования минерала ни Рb, ни U, ни Th, ни соответствующие промежуточные продукты распада не терялись минералом и не поступали в него.В этом случае оба значения U-Pb возраста будут согласованными,или конкордантными, если никакие другие радиогенные продуктыраспада не были вовлечены в минерал во время его образования.Это последнее условие, однако, не всегда выполняется.Следует понимать, что именно в каждом случае анализируется.
В метаосадочных породах возраст цирконов несет информациюо времени формирования пород, материнских по отношению косадку. В метаморфических породах цирконы часто являются продуктами метаморфических процессов, которые в этом случае и будут датироваться. Существуют проблемы и при датировании магматических пород, поскольку в них, как правило, наряду с цирконами,образовавшимися при кристаллизации расплава и отражающимивозраст породы, присутствуют и ксеногенные цирконы (захваченныеядра).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
