Файл: Баранов, В. И. Радиогеология учебник.pdf

указал Пьер Кюри, быть использован как эталон времени, не за­ висящий от длины суток. Особенно важно применение радиоактив­ ного распада для определения (в годах) длительности природных, в первую очередь геологических, событий. В. И. Вернадский считал применение радиоактивного распада для определения времени в геологии одной из важнейших проблем радиогеологии. Он писал: «Введение нового определения времени по тысячелетиям или мил­ лионам лет вместо произвольных и количественно несравнимых подразделений геологической, геолого-стратиграфической шкалы времени, может по своему действию сравниться только с героиче­ ским периодом в истории геологии, с созданием сто лет назад основного палеонтологического охвата геологии и геологических работ» (Вернадский, 1934).

§ 1. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА АБСОЛЮТНОГО ГЕОЛОГИЧЕСКОГО ВОЗРАСТА

Радиоактивный распад применяется в различных вариантах для определения времени в геологии. Основным приемом является определение содержания радиоизотопа и накопившегося за опре­ деляемый промежуток времени количества устойчивого продукта его распада.

Ниже приводятся основные расчетные формулы, используемые при определении возраста по экспериментальным данным в зависи­ мости от применяемого метода.

Расчет возраста по накоплению продукта распада одного радиоизотопа. Так как каждый распавшийся атом радиоизотопа

(R) превращается в один атом продукта его распада (5), накоп­ ление со временем последнего будет происходить по закону

141

Метод изохрон для отдельного радиоизотопа. Если в некото­ рый момент времени произойдет образование ряда продуктов однократной и одновременной дифференциации единого материн­ ского вещества, содержащего радиоизотоп и радиогенный продукт его распада, то для любого продукта дифференциации, отличаю­ щегося относительным содержанием радиоизотопа, можем напи­ сать:

А . S2

Это — уравнение прямой изохроны в координатах

So

=/ ^ - j - ^ . Угол наклона изохроны будет функцией времени ди

анализа которых располагаются на графике, подобном обычнымизохронам. Преимущество данного метода заключается в том,

142

что выделенные из одного метеорита или куска породы фракции являются заведомо одновозрастными представителями продук­ тов однократной дифференциации одного материнского вещества. Метод внутренних изохрон имеет существенное преимущество по сравнению с методом определения возраста по отношению радио­

смесь индивидуальных продуктов дифференциации.

Для обычно применяемых методов используются частные фор­ мулы, основанные на вышеприведенных общих формулах.

§ 2, СВИНЦОВЫЙ МЕТОД

Конечные продукты распада уранового и ториевого ряда — изотопы свинца, причем уран-238 превращается в свинец-206, уран235 — в свинец-207, торий-232 — в свинец-208. Для минералов, возраст которых более 500 тыс. лет, можно принять, что уран пре- " вращается непосредственно в свинец, так как промежуточные про­ дукты распада имеют небольшую продолжительность жизни по сравнению с продолжительностью жизни изотопов урана и нахо­ дятся с ним в равновесии. Для минералов тория равновесие уста­ навливается через 50 лет. Пусть начальное содержание радиоактив­ ных изотопов будет равняться соответственно 2 3 8 U 0 , 2 3 5 Uo, 2 3 2 ThoКоличество свинца в числе атомов, образовавшееся за промежуток времени t, будет равно числу атомов упомянутых радиоизотопов, распавшихся за это время:

20врЬ = 2 3 8 T J o _ 2 8 8 T J e g W = 2 3 8 T J o (J _ е~*-ш <) = 2 3 8 T J ' ( e ^ 3 8 ' — 1),

где 2 3 8 Uo — содержание урана в числе атомов для момента опреде­ ления возраста.

При определении возраста урановых минералов приходится учитывать изотопный состав элемента урана, состоящего из двух

143.

самостоятельных изотопов: урана-238 и урана-235, распадающихся

сразличной скоростью.

Вслучае присутствия в минерале одновременно изотопов ура­

методу можно воспользоваться графическим способом, составляя номограммы из семейства кривых, дающих отношение содержания свинца к содержанию урана в функции времени при различном отношении тория к урану.

Для урановых минералов может быть применен также метод расчета, основанный на изменении со временем относительного со­ держания радиогенных, изотопов свинца-206 и свинца-207.

Из приведенных ранее уравнении следует, что

200рЬ, 2 3 8 Щ , Л з 8 ] )

Необходимо отметить, что применение метода изотопных отно­

изотопов урана. Вынос из минерала части урана или уже образо­ ванного свинца неизбежно сказывается на конечном изотопном составе свинца в момент определения возраста. Точное определение возраста радиоактивными методами возможно только в примене­ нии к изолированному от обмена с внешней средой объекту, в кото­

объекта. Если не учитывать указанное обстоятельство, можно полу­

.144

данные расходятся, то наименее точным будет определение по отно-

2 0 ф [ ,

. шеншо - j j ^ - .

Вариантом ураио-свинцового метода, -предложенным Гаутермансом, является определение возраста минерала по отношению содержания RaD к Pb. Для этой цели определяется удельная радиоактивность свинца, выделенного из минерала, по (3-излучению RaE. Отношение урана к свинцу:

Вычисление возраста производится по формуле

Поправку для урано-торневого минерала можно внести по со­