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

2 2 6 Ra, и через 50 лет практически остается один 2 2 6 Ra. За это время концентрация 2 2 6 Ra не изменяется в пределах аналитической ошибки. Изменение отношения 2 2 8 Ra/2 2 6 Ra происходит по закону распада с периодом 2 2 8 Ra (мезотория I ) .

По отношению мезотория I к радию можно определять воз­ раст только очень молодых осадков. Например, В. П. Савченко воспользовался этим методом для определения генезиса оолитов, выносимых Берекейскими радиеносными водами. Было не ясно, выносятся ли эти оолиты с глубины подземными водами или обра­ зуются у их выхода на поверхность. За начальное было принято отношение изотопов в водах. Расчет проводился по обычной фор­ муле распада

2 2 8 Ra,/2 2 6 Ra, = 2 2 8 Ra0 /2 2 8 Ra0 . е ~ Х ш * * ; 2 2 6 Ra0 = 2 2 0 Ra,.

Расчеты показали, что оолиты образуются после выхода воды на поверхность.

§ 3. ПРОДУКТЫ ЕСТЕСТВЕННЫХ ЯДЕРНЫХ РЕАКЦИИ

В земном веществе образуется большое число разнообразных стабильных и радиоактивных изотопов в результате ядерных реак­ ций (гл. I I I ) . Их концентрация в литосфере и гидросфере ничтож­ но мала. В атмосфере она несколько больше, хотя также имеет

теоретическое значение в связи с крайне низкими концентрациями

щенных лабораторий с высоким уровнем развития физических и химических методов анализа.

Радиоуглеродный метод

В основу радиоуглеродного метода положен естественный рас­ пад 1 4 С, постоянно образующегося в верхних слоях атмосферы. Период полураспада 1 4 С 5568 лет. Его количество уменьшается в

Поглощение С 0 2 растениями обогащает их радиоуглеродом, а че­ рез них 1 4 С попадает в организм животных. С 0 2 , растворенная в воде океана, образует «меченые» карбонаты и бикарбонаты. Вслед­ ствие этих процессов образуется приблизительно одинаковый изо-

173

топный состав во всем обменном углероде. Концентрация 1 4 С в об­ менном углероде биосферы составляет 1,07-10-10 %, концентрация

да в этих образованиях начинает уменьшаться за счет ничем не компенсируемого распада его атомов и с течением времени падает до нуля. Такие образования могут быть использованы для опреде­ ления абсолютного возраста по 1 4 С. Возможности' углеродного ме­ тода лимитированы временем жизни 1 4 С. Верхний предел метода определяется чувствительностью анализа. На современном уровне измерительной техники он достигает 30—40 тыс. лет, а при зна­ чительном обогащении — 60 тыс. лет. Нижний предел метода ог­ раничен точностью анализа и при 0,3%-ной минимальной ошибке составит 80 лет.

Исходную начальную концентрацию 1 4 С (N0) определяют по углероду атмосферы или современным углеродсодержащпм обра­ зованиям с максимальным его содержанием. Расчет возраста ведут по обычной формуле радиоактивного распада

где Nt — содержание 1 4 С в изучаемом объекте.

Очевидно, что метод может быть применен только в том слу­ чае, если углерод атмосферы за последние 50—100 тыс. лет имел

древесины с известным возрастом. Сравнение возраста, определен­ ного по 1 4 С, с возрастом годичных колец деревьев показало, что концентрация 1 4 С в атмосфере за последние 2 тыс. лет была до­ вольно постоянной, хотя и испытывала некоторые вариации в пре­ делах 1—3% от среднего значения.

По более древним образцам установлено, что вариации кон­ центрации 1 4 С за пределами последних 2 тыс. лет имели более дли­ тельный характер с амплитудой до 10%.. На фоне этих вариаций также имелись более мелкие колебания концентрации, аналогич­ ные колебаниям, наблюдавшимся за последние 2 тыс. лет. Для датирования радиоуглеродным методом наиболее удобны древес­ ные остатки, уголь. Использование торфа; костных остатков и ра­

100 тыс. лет не содержат 1 4 С и не пригодны для определения воз­ раста.

174

принципа очень важно, так как карбонатный углерод почти на 10% активнее одновозрастного растительного вещества. Различие объ­ ясняется фракционированием изотопов: при фотосинтезе легкие изотопы поглощаются легче, чем более тяжелый 1 4 С, чего не на­ блюдается при образовании карбонатов.

В настоящее время в качестве эталонов рекомендуется выби­ рать объекты древнее 50 лет, так как за этот период технический прогресс значительно изменил изотопный состав углерода атмо­ сферы. X. Е. Зюссом было установлено, что за счет сжигания древ­ него топлива (угля, нефти), не содержащего 1 4 С, произошло раз­ бавление СОг атмосферы технической двуокисью углерода, в связи с чем концентрация 1 4 С за последние 50 лет понизилась на 3,4%,. Термоядерные взрывы вызвали повышение концентрации радио­ углерода в атмосфере, которое превышало в отдельные годы 30% от первоначального значения.

Радиоуглеродный метод нашел широкое применение в четвер­ тичной геологии, океанологии, археологии для датирования собы­ тий верхнечетвертичного времени.

Приведем отдельные примеры его использования.

1. Изучение изотопного состава серы в донных илах Черного моря в хорошем согласии с геологическими и биологическими на­ блюдениями показало, что сероводородное заражение моря нача­ лось после того, «ак прорыв морских вод из Босфора превратил пресноводный новоэвксинакий бассейн в солоноводный. В воде, богатой сульфатами, при отсутствии достаточного вертикального перемешивания развился процесс биогенной редукции сульфатов. Время возникновения сероводородного заражения оказалось воз­ можным определить радиоуглеродным методом по органическому веществу илов. А. П. Виноградов, А. Л. Девирц установили, что около 7500—8000 лет назад соленые воды Средиземного моря на­ чали заполнять древнечерноморский бассейн, причем длительность процесса составляла около сотни лет.

2. Определение абсолютного возраста древесных остатков и торфа, проведенное теми же авторами на многочисленных образ­ цах из различных районов европейской части СССР, дало возмож­ ность разработать абсолютную геохронологическую шкалу голо­ цена и верхнего плейстоцена и установить, что граница между ними соответствует времени 10 300 лет.

3. Интересное использование может получить радиоуглерод­ ный метод при исследовании районов молодого вулканизма. Ис­ следование обугленных деревьев, захваченных лавой при извер­ жении, дает абсолютный возраст лавовых потоков.

Помимо этого, в растениях, произрастающих на участках, где активная вулканическая и фумарольыая деятельность закончилась

175

сравнительно недавно, Л. Д. Сулержицкип обнаружил значитель­ ное обеднение радиоуглеродом. Оно, видимо, возникло за счет разбавления углекислоты, поглощаемой растением из атмосферы, углекислотой глубинного происхождения. При этом четко окоитуриваются площади, где дегазация интенсивнее.

Радиоуглеродный метод наиболее достоверен по сравнению с другими методами определения «молодого» возраста и может ис­ пользоваться для их проверки. Однако для объектов старше 60— 70 тыс. лет он не пригоден и не может заменить-другие методы.

Тритиевый метод

Тритиевый метод использует радиоактивный распад трития, непрерывно образующегося в верхних слоях атмосферы и попадаю­ щего на землю с атмосферными осадками в форме НТО. Период

Источником трития является лишь атмосферная вода. Попа­ дая в воды зоны затрудненного водообмена тритий постепенно рас­ падается и через 60—70 лет практически исчезает. Присутствие в подземных водах трития однозначно говорит об их связи с атмо­ сферными водами. Время, прошедшее с момента поступления ат­ мосферных вод, можно найти из обычной формулы радиоактив­ ного распада

ных вод, а также для обнаружения связи древних вод с атмосфер­ ными.

Рассмотрим несколько примеров.

1. Исследование вод Приташкентского артезианского бассей­ на на содержание трития позволило четко выделить области пи­ тания бассейна современными водами. Артезианские воды пале­ озойского возраста не могли сохранить первичный тритий. Присут- -ствие заметных концентраций трития указывало на связь древних вод с атмосферными.

2. Исследование отношения Т/Н в океанической воде дало возможность определить возраст слоев воды с различной глубины и установить таким образом скорость ее перемешивания. Было об­ наружено, что верхний 50-метровый слой воды Атлантического океана постоянно перемешивается за период не более 1—2 лет. Возраст промежуточных вод (60—180 м) был близок к 50 годам.

176