4.2 Принципы ядерной геохронологии Как определить возраст пород?

Атомные часы Число атомов материнского (P) и дочернего (D) изотопов P – K, D – Ar, T=1484 млн. лет e - t (1-e - t )

Основное уравнение датирования P(t)=P 0 e - t – число атомов материнского изотопа D(t)=P 0 -P(t)=P 0 (1- e - t ) – число атомов дочернего изотопа основное уравнение

Уран-свинцовый (U-Pb) метод 238 U 206 Pb, T=4468 млн.лет, =1.55 x год U 207 Pb, T=704 млн.лет =9.85 x год -1 Необходимо найти такие объекты исследования, в которых присутствует уран в количестве, которое можно определить путем специального анализа и в которых пренебрежимо мало содержание свинца! Наиболее удачный объект – циркон (ZrSiO 4 ) – акцессорный минерал многих магматических пород. Кроме того используют сфен, уранинит, монацит, апатит

Пример Положим, 206 Pb/ 238 U=1.562 x 10 -2, тогда в соответствии с основным уравнением:

Как измерить содержание изотопов? Схема масс-спектрометра

Когда работает основное уравнение? (1) Закрытость системы; (2) Одному материнскому изотопу соответствует один дочерний изотоп; (3) Дочерние атомы отсутствуют в начальный момент времени

Калий-аргоновый метод (K-Ar) 40 K 40 Ar 40 Ca Время Число атомов 40 K 40 Ar+ 40 Ca 40 Ca 40 Ar Радиоактивный 40 K представляет лишь % от общего содержания K T=1484 млн. лет Условие (2) – нарушено!

В какой момент времени включаются K-Ar часы? Какие объекты использовать? роговая обманка; слюда; полевой шпат. Мешающий фактор – атмосферный 40 Ar

Рубидий-стронциевый метод (Rb-Sr) Стабильный изотоп сравнения Объекты – полевой шпат, слюда Минералы,содержащие 87 Rb, содержат и 87 Sr, следовательно, условие (3) – нарушено! Баланс атомов 87 Sr: (индекс t относится к текущему моменту; индекс 0 – к моменту запуска часов) Используем число атомов изотопа сравнения 86 Sr:, 1.42 x год -1 y = a + x. m

Изохроны минералов A,B,C для разных моментов времени

Тангенс угла наклона изохроны m:

Пример интерпретации изохроны Rb-Sr метода m= =exp(λt) =exp(λt) ln( )=1.42 x t t= /1.42 x = =403 млн. лет

Углеродный ( 14 C) метод 14 C образуется из 14 N в верхних слоях атмосферы и распространяется по всей атмосфере. Более распространен стабильный изотоп 12 C. 14 C 12 С+β -- T=5730 лет, λ=1.209 x год -1

14 С+ 12 С фотосинтез …

Как измерить отношение 14 С/ 12 С? Счет β-частиц в диоксиде углерода Специальный масс-спектрометр

Реакция распадаПостоянная распада (лет -1 ) Период полураспада (лет) 238 U 206 Pb+8 4 He U 207 Pb+7 4 He K 40 Ar, 40 Ca Rb 87 Sr C 12 C Продукты и константы распада изотопов, используемых в некоторых методах геохронологии

Какой метод выбрать? Тип породы, например, гранит – слюда (K, Rb), - циркон (U); Предполагаемый возраст пород; В какой момент запускаются часы?

K-Ar Широко распространен (K); Может использоваться для датировки молодых пород (

U-Pb Ограничен числом минералов, в которых мало содержание свинца. Циркон с возрастом сотни миллионов лет датируется с точностью до 1 млн.лет. Точность уменьшается для более молодых пород.

Rb-Sr Используется для датирования кислых пород (>60% SiO 2 ). Датирование возможно для пород старше 10 млн. лет. Возможность использования изохрон повышает точность датирования.

14 С Используется для молодых пород (и не только пород) моложе лет.