Геологические часы - Александр Олейников

Еще сложнее обстоит дело с породами, измененными нагревом и проникающими растворами. Здесь могут иметь место и привнес новых элементов, и уменьшение количества старых, и миграция составных частей породы. В подобных случаях радиологи пытаются определять возраст разных компонентов породы разными методами: акцессорных минералов - свинцово-изотопным, первичных амфиболов - аргоновым, реликтовых слюд - стронциевым. И хотя иногда результаты этих анализов расходятся, нередко все-таки удается прийти к более или менее определенному заключению.

Калий-аргоновый метод применим для датирования магматических, метаморфических, а в некоторых случаях и осадочных пород. Но поскольку этим методом возраст может определяться по результатам анализа только какого-либо одного минерала, использовать его для анализа валовых проб породы нельзя. Оценка абсолютного возраста может считаться заслуживающей доверия лишь при условии, что радиологические наблюдения по нескольким минералам совпадают. Поэтому чтобы получить надежные выводы, стараются, например, продублировать определения, сделанные по слюде, - результатами по калиевому шпату или амфиболу, а данные по амфиболу в свою очередь подтвердить анализами пироксена или плагиоклаза. Если же это невозможно (а такое случается, когда исследованию подлежат так называемые мономинеральные породы, например амфиболиты), надо проконтролировать полученные результаты другими радиологическими методами.

Но при всех условиях необходимо, чтобы анализируемая порода на протяжении своего существования не испытала ни потерь аргона или калия, ни обогащения этими элементами. Для докембрийских образований вероятность сохранения пород в первозданном состоянии ничтожно мала. Поэтому для древнейших отложений калий-аргоновый метод может применяться лишь в рекогносцировочных целях. Зато при датировании фанерозойских пород им можно пользоваться со значительной уверенностью.

Огромным преимуществом этого метода является его высокая производительность. Многие десятки тысяч анализов, характеризующих соотношение калия и аргона в горных породах, позволяют не только устанавливать возрастную принадлежность отдельных точек геологического разреза, но и создавать модели развития палеотектонических обстановок, магматизма и рудообразования.

Рубидий-стронциевый метод обычно используется для анализа валовых проб магматических и метаморфических пород. Возраст осадочных отложений этим методом не устанавливается. Как и при калий-аргоновом методе, надежность полученных результатов существенно зависит от того, в какой мере сохранила порода изначально присущее ей содержание рубидия и стронция. Но поскольку способность к миграциям у стронция значительно слабее, чем у аргона, этот метод может применяться при изучении не только фанерозойских, но и докембрийских образований.

Свинцово-изотопный метод наиболее пригоден для определения возраста пород, претерпевших длительные (и даже неоднократные) преобразования. Поэтому он особенно удобен при изучении докембрийских пород. С помощью именно этого метода был установлен архейский возраст метаморфических пород Станового хребта (более 3 млрд. лет) и Омодонского массива (3,4 млрд. лет), железистых кварцитов Чарского месторождения в регионе Байкало-Амурской магистрали (2,65 млрд. лет), гнейсов Енисейского кряжа (4,1 млрд. лет) и многих других древнейших образований.

Возможность представить надежное свидетельство достоверности определений сделала свинцово-изотопный метод одним из самых авторитетных в геохронологии. Неоднократно доводилось этому методу играть роль своеобразного арбитра при решении научных споров о возрасте древних отложений. В качестве примера можно привести известный случай, когда свинцово-изотопным методом было установлено время формирования гнейсов Камчатского массива^-1300 млн. лет назад. Возраст этих пород по определениям калий-аргоновым методом считался равным 100-150 млн. лет, а по данным рубидий-стронциевого анализа - 487 млн. лет.

Но на пути широкого применения свинцового метода стоят три препятствия: сложность, трудоемкость и, что едва ли не самое главное, длительность подготовки материала к анализу. Удастся ли найти такие способы, которые помогли бы преодолеть эти объективные трудности?

Исходным материалом для определения геологического возраста служат многие минералы и горные породы из многих регионов земного шара. Но можно ли считать равноценными все полученные результаты? Среди радиологов нет единого мнения о том, какой минерал может наилучшим образом указать возраст земных слоев, сформировавшихся в той или иной обстановке.

Каждый геохронологический метод имеет свои ограничения. Сформулированы ли они полностью? Пока нет. Несмотря на значительные успехи, абсолютная геохронология все еще находится в стадии становления.

Получить истинные значения возраста можно лишь при условии, если экспериментально установленное отношение элементов не нарушалось в течение всего существования горной породы. Так бывает очень редко. Однако путем совместного применения различных геохронологических методов удается в значительной степени приблизиться к истинной датировке древних отложений.

Даже в тех случаях, когда аналитическое исследование бессильно указать время возникновения пород, оно позволяет установить возраст преобразований, под действием которых породы обрели свой нынешний облик. Выявить общие закономерности геохимического поведения элементов, которые могут служить индикаторами возраста, и объяснить причины, вызывающие «возрастные аномалии», - важнейшая задача геохронологии. Задача эта сложная, и решена она пока далеко не в полной мере. Но уже сделаны первые шаги к ее решению.

СОВСЕМ НЕДАВНО

О древнем угле и возрасте археологических находок

Взглянув на таблицу продолжительности геологических периодов фанерозоя, мы увидим, что длительность каждого из них определена с точностью, не превышающей 1 млн. лет. В среднем это, пожалуй, предел детальности, с которой действуют методы, использованные при построении геохронологической шкалы. А как быть, если необходимо выяснить возраст слоев, образовавшихся сравнительно недавно, например, на протяжении последнего миллиона лет? Оказалось, что это возможно. Надо только подобрать для эксперимента пары других исходных и конечных продуктов радиоактивного распада. После интенсивных поисков было выбрано несколько пар таких химических элементов и предложен ряд новых методов определения абсолютного возраста.

В пределах 300 тыс. лет действуют радий-урановый и радий-актиниевый методы. Они удобны для датировки геологических образований в тех случаях, когда требуемая точность не превышает 4-10 тыс. лет.

Но очень часто в геологии и археологии бывает необходимо выяснить возраст так называемых новейших событий, произошедших в последние 10-12 тыс. лет. В этом случае определить возраст можно по содержанию радиоактивного изотопа углерод-14 (14С). Этот сравнительно недолговечный изотоп (его период полураспада около 5730 лет) непрерывно образуется в высоких слоях атмосферы в результате соединения азота со свободными нейтронами, появляющимися под действием космического излучения. Окисляясь, углерод входит в состав углекислого газа; в процессе обмена веществ он усваивается живыми организмами и включается в круговорот углерода, происходящий в атмосфере, гидросфере и биосфере Земли.

Скорость, с которой идет образование нейтронов в атмосфере, известна. Известно также, что большинство из них расходуется на создание радиоактивного углерода. Значит, можно рассчитать, насколько ежегодно увеличивается количество изотопа углерод-14. Но если какой-либо органический объект (допустим, растение), в составе которого есть радиоактивный углерод, по тем или иным причинам окажется изъятым из углеродного круговорота, количество углерода-14 в его тканях перестанет возрастать. А тот радиоактивный изотоп, который успел накопиться ранее, будет продолжать распадаться.

Проведя соответствующие измерения, можно, например, убедиться, что содержание углерода-14 в обломке древесины, взятом из раскопа палеолитического могильника, будет заметно меньше, чем в стволах деревьев, растущих ныне. Если же установить отношение количества радиоактивного изотопа и содержания других форм углерода (12С и 13С), то с учетом периода полураспада изотопа углерод-14 можно вычислить время, когда было срублено дерево, наиденное в захоронении.

Открытие углеродного метода было большим подспорьем для многих областей науки, поскольку углерод содержится и в костях животных, и в мышцах, и в растительных тканях - словом, в любых органических остатках, с которыми имеют дело исследователи минувших эпох.