Абсолютный возраст горных пород

Возможность определения абсолютного возраста геологических формаций возникла в XX веке, в связи с установлением радиоактивного распада радия, урана, тория и других радиоактивных элементов. Впервые мысль об определении возраста горных пород при изучении радиоактивного распада урана была высказана в 1902 г. П. Кюри.

Первые попытки определения абсолютного возраста минералов были сделаны в 1907 г. канадцем Б. Болтвудом. Большой вклад в изучение абсолютного возраста геологических образований был сделан советскими учеными, в числе которых следует упомянуть В.Г. Хлопина, К.А. Ненадкевича, В.И. Вернадского, Э.К. Герлинга, А.А. Полканова, А.П. Виноградова и многих других.

Использование этого метода основано на том, что ядра атомов радиоактивных элементов, таких, как радий, уран, торий и некоторые другие, с присущей каждому из них постоянной скоростью, не зависящей от внешних условий, самопроизвольно распадаются. При этом образуются атомные ядра нерадиоактивных так называемых устойчивых элементов, например, свинца из урана, артона при радиоактивном распаде калия и др. Таким образом, радиоактивные элементы могут служить эталоном земного времени. В настоящее время для определения абсолютного возраста горных пород применяют следующие методы: свинцовый, гелиевый, аргоновый, рубидиево-стронциевый и углеродный.

Свинцовый метод. Возраст минерала или горной породы устанавливают определением в них количества свинца с атомным весом 206, являющегося конечным продуктом распада урана (И238). Превращение половины количества урана в свинец продолжается 4,52 млрд. лет.

Уран с атомным весом 235, распадаясь, образует изотон свинца с атомным весом 207. Этот процесс длится 891 млн. лет. Торий при распаде дает изотоп свинца с атомным весом 208. Период его полураспада равен 13,9 млрд. лет.

Метод применим для горных пород, содержащих урановые и ториевые минералы (уранинит, торбернит, монацит и др.). Зная, какое количество свинца образуется из одного грамма урана в год, и определяя их совместное содержание в данном минерале, возможно вычислить абсолютный возраст минерала и той гарной породы, в которой они находятся. Данный метод дает хорошие результаты, если минерал содержит значительное количество урана или тория и если возраст его не менее 30—40 млн. лет.

Гелиевый метод. Этот метод дает возможность определять возраст минералов по количеству гелия, образующегося одновременно с изотопами свинца при радиоактивном распаде элементов.

Аргоновый метод. Аргоновый метод используется для определения возраста калийных минералов и горных пород, содержащих такие минералы. Сущность метода заключается в том, что изотоп калия с атомным весом 40 превращается в аргон с тем же атомным весом. Аргон, в отличие от гелия, хорошо удерживается в минералах. Возраст минерала рассчитывают по соотношению аргона и калия в минерале. Метод имеет большие перспективы, так как калий содержится почти во всех горных породах.

Рубидиево-стронциевый метод. Данный метод основан на том, что изотоп рубидия с атомным весом 87 превращается в стронций с тем же атомным весом. Период полураспада рубидия составляет 50 млрд. лет. Для определения возраста по данному методу берутся слюды и ряд других силикатов. Метод имеет ограниченное применение, так как минералы, обогащенные рубидием, встречаются редко, и превращение рубидия в стронций происходит очень медленно.

Углеродный метод. Углеродный метод предложен недавно и используется для определения археологических деревянных предметов, «старых» деревьев и растительных остатков. Сущность метода заключается в радиоактивном превращении углерода с атомным весом 14. В живых тканях в постоянных соотношениях содержится радиоактивный и перадиоактивный углерод. После отмирания организма накопившийся радиоактивный углерод постепенно разрушается и через 5560 лет остается половина его первоначального количества.

Углеродный метод позволяет определить возраст организмов по костным остаткам. Однако этим методом невозможно определить возраст объектов, превышающих 15000—30000 лет.

Многочисленные и довольно тщательные определения абсолютного возраста горных пород позволили комиссии по определению абсолютного возраста геологических формаций АН бывш. СССР создать геохронологическую шкалу. В соответствии с такой шкалой возраст земной коры, как упоминалось выше, равен 4,0—4,5 млрд. лет, а возраст древнейших геологических образований Кольского полуострова составляет 3,5 млрд. лет.