Новости    Библиотека    Энциклопедия    Биографии    Ссылки    Карта сайта    О сайте


предыдущая главасодержаниеследующая глава

Глава четырнадцатая. Возраст Земли в горных пород

Первые попытки найти часы для отсчета миллионов и миллиардов лет

Когда на Земле возникла жизнь и каков возраст основных ее форм? Когда образовались моря и горы и сформировался лик Земли? Когда образовалась планета Земля?

Ответить на эти вопросы было очень заманчиво и очень трудно. Крупнейшие ученые взялись за решение этой задачи.

Какие часы пригодны для получения ответа на эти вопросы? Очевидно, лишь такие, работа которых основана на процессах, длящихся от глубокой древности до наших дней и протекающих с известной скоростью.

Первые попытки определения возраста Земли были сделаны более двухсот лет назад. В 1715 г. Галлей определил возраст Земли с помощью метода, который можно было бы назвать "солевыми" часами. Этот метод основан на том, что моря и океаны в период их образования были пресными, а ныне стали солеными потому, что реки на своем пути к ним вымывали из горных пород различные соли. При круговороте воды, при ее испарении из океанов и морей, соль оставалась в них и год за годом, тысячелетие за тысячелетием накапливалась. Таким образом, если знать, сколько соли ежегодно все реки приносят в океаны, и измерить, сколько соли в них уже накопилось, то можно определить возраст океанов. Проделав соответствующие расчеты и учтя, что Земля старше океанов, образовавшихся лишь на определенном этапе ее развития, Галлей , нашел, что возраст Земли равен 90-350 миллионам лет.

Впрочем, эти цифры довольно сомнительны как вследствие трудности определения количества соли, приносимой реками, так и из-за отсутствия уверенности в том, что и в отдаленные эпохи истории Земли скорость выноса oсолей была такой же, как и сейчас. Более того, из-за захвата солей осадочными породами и поступления их от вулканических источников можно заведомо сказать, что скорость выноса солей была неравномерной. Следовательно, результаты, которые дает этот метод, неточны и неоднозначны.

Второй метод Галлея, предназначенный для определения возраста Земли, в некоторой мере аналогичен песочным часам. Этот метод основан на определении толщины осадков, намываемых реками. Количество мелкого осадка, который некоторые реки выносят в море, составляет громадную величину, исчисляемую миллионами и сотнями миллионов кубических метров в год. Так, например, Хуанхе (Желтая река, Китай) выносит в океан столько мелких частичек песка и гумуса, что вода на значительной площади около ее устья становится мутной; эта часть Тихого океана и называется Желтым морем.

В спокойной воде морей и озер муть речной воды осаждается, и на их дне, слой за слоем, постепенно нарастает осадок. Под давлением вышележащих слоев этот осадок все более уплотняется, образуя с течением времени твердые породы: известняки, песчаники, сланцеватые глины и т. д. По данным сейсмологии толщина земной коры составляет около 100 км. Если считать, что для намывания слоя толщиной в 1 м требуется от 3 до 10 тысяч лет, то возраст земной коры оказывается равным 300-1000 миллионам лет. Продолжительность существования Земли, разумеется, больше этого возраста.

Этот метод более надежен, чем предыдущий, однако и здесь вовсе нет уверенности в том, что в давние времена скорость осаждения пород была такой же, как и сейчас. Таким образом, ни первый, ни второй методы Галлея не дают достаточно достоверного решения задачи об измерении очень больших промежутков времени.

Значительно более надежной основой для построения шкалы геологического времени является эволюция фауны и флоры. В течение тысячелетий, миллионов и сотен миллионов лет одни виды растений и животных сменяли другие, а их остатки откладывались в земле. Ныне по этим остаткам геологи определяют возраст различных пород. Этот метод построения шкалы времени является относительным. Последовательность геологических событий он выявляет довольно хорошо. Однако так как в прошлом происходили различные местные изменения среды обитания растений и животных, то шкала времени, основанная на их эволюции, все же является не очень точной.

Между тем самые ранние формы жизни появились на Земле лишь на определенном этапе ее развития, около миллиарда лет назад. Датирование геологических событий, происходивших на Земле до появления на ней жизни, приходится делать уже иными методами. В этой области истории Земли, охватывающей несколько миллиардов лет, геологи отсчитывают время по определенным крупным геологическим процессам, например, по образованию некоторых типов горных пород, складчатых структур и т. д. Такой метод тоже является относительным, он дает хорошую ориентацию в последовательности геологических событий, однако еще не дает возможности достаточно точно определить, сколько миллионов или миллиардов лет назад эти события произошли.

Какие же часы могут служить для надежного отсчета миллионов и миллиардов лет?

Урангелиевые и урансвинцовые часы

В начале XX века, в связи с интенсивным изучением радиоактивности, возникли идеи об использовании радиоактивного распада для измерения больших промежутков времени. Разумеется, для этой цели надлежало выбрать достаточно долгоживущие радиоактивные изотопы. Это 1.не вызвало затруднений, так как уже были известны: уран-238 с периодом полураспада 4,51 миллиарда лет, актиноуран-235 (0,71 миллиарда лет), калий-40 (1,3 миллиарда лет) и ряд других.

Уран является рассеянным элементом, но отнюдь не редким и в небольших количествах обнаруживается во многих горных породах. Кроме того, у него есть долгоживущие изотопы. Таким образом, по этим двум показателям он является вполне удобным для датирования горных пород. Затруднение заключается в том, что неизвестно начальное содержание урана в образцах. Поэтому, обнаружив уран в пробе и измерив его количество или активность, еще нельзя определить возраст образца.

Известно, что на Земле уран не образуется в настоящее время и не образовывался в прошлом. Для этого на ней нет и не было подходящих условий. Таким образом, тот уран, который на ней есть, является первозданным, т. е. полученным ею вместе с тем веществом, из которого она сформировалась. В период образования на Земле минералов этот уран в том или ином виде вошел в состав некоторых из них. При радиоактивном распаде урана, входящего в состав того или иного минерала, продукты распада урана обычно остаются внутри минерала. Именно это обстоятельство и было использовано учеными для отсчета времени.

В самом деле, если мы не знаем начального содержания урана в образце, но измерили, сколько в нем его сейчас, знаем скорость его распада и определили, какое количество его успело распасться с момента образования минерала, то этого достаточно для определения возраста данного образца.

Для того-чтобы определить то количество урана, которое распалось с момента образования минерала, потребовалось изучить всю цепь последовательных распадов дочерних продуктов урана. Уран-238 (U92238) является родоначальником одного из радиоактивных семейств. Распадаясь, он испускает α-частицу и с периодом полураспада 4,51 миллиарда лет превращается в торий-234. Торий-234 в свою очередь распадается и с периодом полураспада 24,1 дня, испуская β-частицу, превращается в протактиний-234. Далее следует ряд распадов и превращений, сопровождающихся испусканием α- и β-частиц, и, наконец, получается стабильный изотоп: свинец-206 (рис. 53). На рис. 53 цепь распадов представлена в виде ломаной линии, причем каждый сдвиг влево обозначает α-распад, а сдвиг вправо - β-распад. Всего во время этих распадов, пока уран-238 превращается в свинец-206, испускается восемь α-частиц и шесть β-частиц.

Рис. 53. Схема уран-гелиевого метода определения абсолютного возраста горных пород
Рис. 53. Схема уран-гелиевого метода определения абсолютного возраста горных пород

В некоторой мере аналогично протекает распад и в двух других радиоактивных семействах. Торий-232 (Th23290 ) после шести α- и четырех β-распадов превращается в стабильный свинец-208. Актиноуран-235 (AcU23592) после семи α- и четырех β-распадов превращается в стабильный свинец-207.

Обычный или естественный свинец представляет собой смесь нескольких изотопов свинца: Pb206, Pb207, Pb208, являющихся дочерними продуктами соответствующих радиоактивных семейств. Такие изотопы называют радиогенными. Кроме того, в естественном свинце содержится и нерадиогенный его изотоп Pb204, Напомним, что α-частица представляет собой ядро атома гелия (Не42). После Iвылета из ядра она довольно быстро замедляется, захватывает два электрона и таким образом превращается в обычный нейтральный атом гелия.

В 1905 г. Эрнест Резерфорд предложил для определения абсолютного возраста горных пород использовать радиоактивный распад урана и образование гелия. Соответствующие вычисления показали, что из 1 кг урана через 100 миллионов лет получается 13 г свинца и 2 г гелия. Через 2 миллиарда лет в породе, первоначально содержавшей 1 кг урана, накапливается 225 г свинца и 35 г гелия. Через 4 миллиарда лет вследствие распада материнского продукта в породе, первоначально содержавшей 1 кг Лорана, накапливается 400 г свинца и 60 г гелия, а урана остается только 0,5 кг. Таким образом, определив содержание в образце остаточного урана и накопившегося гелия, можно вычислить абсолютный возраст образца. При этом уже не требуется знать начальное содержание урана. Метод пригоден для определения возраста горных пород порядка миллионов и миллиардов лет.

Содержание урана в пробе можно определить без большого труда и с достаточной точностью. Для определения содержания гелия кусок горной породы дробят в порошок, растворяют в кислоте и затем продолжительное время кипятят. Это позволяет извлечь гелий из образца. Измерения производятся объемным анализом или методом изотопного разбавления.

Насколько уран-гелиевый метод точен и достоверен? Содержание урана в образце определяется с приемлемой точностью. Количественное определение гелия оказывается несколько более затруднительным, однако тоже производится с достаточной точностью. Основным источником погрешности этого метода оказывается утечка гелия в течение тех сотен миллионов и миллиардов лет, когда еще лежит в земле тот кусок горной породы, который в дальнейшем будет отобран ученым и назван образцом. Дело даже не в том, что иногда эта утечка оказывается значительной, а в том, что ее величина не известна и не поддается контролю и учету. Именно поэтому этот метод в ряде случаев давал совершенно причудливые результаты и в конце концов был оставлен.

Прежде чем обсуждать другие типы радиоактивных часов, сформулируем основные требования, которым они должны удовлетворять для того, чтобы их показания имели достаточные точность и достоверность. Таких основных требований два: 1) исследуемая система должна быть закрытой, 2) до начала процесса в системе должны отсутствовать продукты распада.

Первое требование сводится к тому, чтобы в куске горной породы, возраст которой определяется, например, уран-гелиевым методом, за все время ее хранения в естественных условиях не было ни утечки, ни притока как материнского, так и дочернего вещества. Только строгое выполнение этого условия позволяет вполне однозначно определить возраст породы от периода ее кристаллизации до момента измерения.

Необходимость выполнения второго условия также очевидна. В самом деле, если в куске породы помимо того гелия, который образовался в нем самом, есть еще и гелий, попавший в него извне, то урангелиевый метод даст фиктивно древненный возраст. Если же хотя бы часть накопившегося в образце радиогенного гелия была им потеряна, то уран-гелиевые часы покажут возраст меньше истинного.

Увы, строгое выполнение этих требований практически попросту нереально. Ни одна горная порода не изолирована полностью от окружающей среды и, следовательно, не является вполне закрытой системой. Кроме того, во многих минералах наряду с дочерними изотопами, т, е. продуктами радиоактивного распада, содержатся такие же первозданные вещества.

Означает ли это, что радиоактивные часы вообще не годны? Нет, это означает лишь то, что для получения правильного отсчета необходим учет некоторых дополнительных факторов и введение соответствующих поправок. При этом основные условия работы радиоактивных часов формулируются так: изучаемая система должна быть, почти закрытой, а приток и утечка исследуемых изотопов должны учитываться. Содержание в ней точно таких же первозданных веществ, как и исследуемые дочерние изотопы, должно быть известным или по крайней мере очень малым. Показания уран-гелиевых часов оказались недостаточно точными и достоверными именно потому, что они не удовлетворяют и этим более мягким требова-I ниям. Поэтому их и перестали применять.

В 1907 г. Б. Болтзуд указал на то, что для определения возраста минералов можно воспользоваться накоплением в них радиогенного свинца. Такую- возможность представляет, например, пара U238-РЬ206. При этом начальное содержание урана в образце не известно, однако знания его современного содержания, скорости распада и количества накопившегося стабильного свинца-206 оказывается достаточно для определения промежутка? времени, протекшего от периода кристаллизации минерала до момента измерения. Этот вариант уран-свинцового метода очень похож на изложенный ранее уран-гелиевый метод и в значительной мере наделен теми же недостатками и поэтому имеет малую точность и достоверность. Широкого применения этот метод не получил.

Калий-аргоновые часы

Калий довольно широко распространен в природе и входит в состав многих минералов. Естественная смесь изотопов калия состоит из двух стабильных его изотопов: К39 (93,08%) и К41 (6,91%), а также радиоактивного изотопа К40 (0,0119%). Период полураспада К40 равен 1,31*109 лет. Поэтому его удобно использовать для измерения больших промежутков времени.

Радиоактивный распад К40 происходит по разветвленной схеме и приводит к образованию двух различных стабильных изотопов. В результате β-распада образуется кальций-40, а в результате К-захвата - аргон-40 (рис. 54). Для того чтобы этот процесс использовать в качестве радиоактивных часов, нужно измерить содержание в образце К40 и хотя бы одного из его дочерних продуктов. Какого же именно?

Рис. 54. Схема радиоактивного распада К><sup>40</sup>
Рис. 54. Схема радиоактивного распада К40

Во многих минералах содержится кальций. В естественной смеси изотопов кальция относительное содержание Са40 составляет 99,60%. Таким образом, если в минерале наряду с калием содержится первозданный кальций, то добавка радиогенного Са40 за счет радиоактивного распада К40 оказывается относительно небольшой. Поэтому количественное определение (радиогенного Са40 получается очень не точным.

При распаде К40 аргона образуется приблизительно в 10 раз меньше, чем кальция, однако обычно он не входит в состав минералов. Поэтому количественное определение радиогенного Аr40 оказывается более точным, чем Са40. Впрочем, возможно проникновение в тот или иной минерал небольшого количества воздушного аргона. Ведь в Воздухе аргона достаточно много: около 1%. К счастью, имеется способ определения содержания в образце этого постороннего аргона. Этот способ требует очень тонких измерений, но зато дает достаточно точные и надежные результаты. Он основан на том, что атмосферный аргон состоит из вполне определенной смеси изотопов: Аr36 (0,337%), Аr38 (0,06.3%) и Аr40 (99,60%). Разумеется, когда в пробу проникает воздушный аргон, то в ней оказываются все три эти изотопа.

Следовательно, определив содержание в пробе Аr36, можно сказать, сколько в нее проникло воздушного аргона, в том числе Аr40. Определив в дальнейшем содержание в образце К40 и Аr40, из найденного количества аргона-40 исключают атмосферный аргон-40, а абсолютный возраст определяют из отношения количества радиогенного Аr40 к количеству К40.

Таким образом, повторяется схема предыдущего типа радиоактивных часов, когда известно современное содержяние материнского продукта, скорость его распада и измеряется количество накопившегося дочернего вещества. Ранее мы уже видели, что этого достаточно для определения абсолютного возраста, который в данном случае отсчитывается от эпохи кристаллизации минерала до момента измерения.

В настоящее время разработан ряд методов количественного определения этих изотопов. Погрешность соответствующих измерений составляет доли процента. Эта дает возможность определять абсолютный возраст древнейших горных пород, равный сотням миллионов и миллиардам лет, с точностью до десятков и даже единиц миллионов лет.

Очень важным и в то же время очень трудным является отсчет с помощью калий-аргоновых часов возраста молодых горных пород. Очень важным потому, что от этого зависит решение целого ряда существенных вопросов истории Земли, например, связанных с молодым вулканизмом, с первыми этапами развития жизни и т. д. Очень трудным потому, что для этого требуется изменять очень малое количество аргона-40 с чрезвычайна высокой точностью.

Нижняя возрастная граница калий-аргоновых часов еще недавно равнялась нескольким миллионам лет. Между тем техническая верхняя возрастная граница радиоуглеродных часов- дотянута лишь до 60-70 тысяч лет, а принципиальная лежит около 100 000 лет. Таким образом, между верхней возрастной границей радиоуглеродных часов и нижней калий-аргоновых часов была довольно большая область, куда тянулись и не дотягивались руки ученых.

В недавнее время проникнуть в эту область все же ударюсь. В 1957 г. Эвернденом, Куртисом и Кистлером был Допределен абсолютный возраст некоторых вулканитов в интервале 1000 000-100000 лет. В 1961 г. другая группа ученых использовала калий-аргоновые часы для определения абсолютного возраста найденных остатков синантропа- нижнеплейстоценового человекообразного существа. В 1965 г. Е. И. Гамильтон писал: "При дальнейшем улучшении аппаратуры станет возможным прямое сравнение между радиоуглеродным и калий-аргоновым методами". Ныне это уже удалось сделать.

Точность и достоверность показаний калий-аргоновых часов в значительной мере зависит от того, насколько правильно и полно учтены потери радиогенного аргона в процессе хранения образца в естественных условиях и при обработке пробы, а также добавка Аr40 за счет проникновения в образец воздушного аргона. Эти вопросы в настоящее время достаточно полно изучены и разработаны способы учета и исключения различных искажений.

В Советском Союзе калий-аргоновый метод определения абсолютного возраста был развит Э. К. Герлингом и др. В последние годы им и его сотрудниками получены интересные результаты, связанные с определением возраста древнейших горных пород Земли.

Рубидий-стронциевые часы

Рубидий - довольно распространенный элемент, и содержащие его минералы встречаются во многих горных породах. Поэтому применение рубидий-стронциевого метода измерения времени во многих случаях оказывается очень удобным. Точность и достоверность результатов, получаемых с помощью рубидий-стронциевых часов, в значительной мере зависит от выполнения уже неоднократно упоминавшихся двух требований. Многочисленные исследования показали, что в отношении рубидия и стронция большинство горных пород ведут себя как закрытые системы, если только не имеет места переплавление пород или прорыв в них расплавов других пород. Если же такие процессы имели место, то, разумеется, рубидий-стронциевый возраст будет относиться именно к этим периодам метаморфизма пород.

Естественный (природный) рубидий состоит в основном из двух изотопов: стабильного Rb85 (72,15%) и радиоактивного Rb87 (27,85%). Период полураспада рубидия-87 равен 47 миллиардам лет. Поэтому рубидий-стронциевые часы удобны для измерения больших промежутков времени.

При радиоактивном распаде рубидий-87 испускает β-частицу и превращается в стабильный стронций-87. Таким образом, для того, чтобы этими часами определить промежуток времени от эпохи кристаллизации или метаморфизма минерала до настоящего момента, нужно измерить содержание в нем материнского изотопа - рубидия-87 и дочернего продукта: стронция-87. Кроме того, для того, чтобы учесть содержание в исследуемом минерале стронция-87 нерадиогенного происхождения, нужно измерить количество других его изотопов (Sr86, Sr88). По содержанию этих изотопов вычисляют количество нерадиогенного стронция-87 и затем в расчеты вводят соответствующую поправку.

В ряде работ абсолютный возраст одного и того же образца определялся разными методами, например: рубидий-стронциевым, калий-аргоновым, уран-свинцовым. Такое сопоставление, в случае сходимости результатов между собой, придает им большую достоверность. В настоящее время с помощью рубидий-стронциевых часов успешно и с хорошей точностью определен абсолютный возраст многих горных пород и различного типа метеоритов.

Усовершенствование уран-свинцовых часов

Описанный ранее вариант уран-свинцовых часов довольно часто дает не очень точные и недостаточно достоверные результаты. Между тем в результате работ ряда ученых выяснилось, что в уран-свинцовом методе определения абсолютного возраста имеются дополнительные возможности повышения точности и достоверности результатов измерений. Дело в том, что многие горные породы одновременно содержат уран-238, актиноуран-235, торий-232, а также их дочерние продукты, в том числе свинец-206, свинец-207 и свинец-208. Таким образом, открывается возможность определения абсолютного возраста данного образца горной породы по двум или трем различным парам изотопов, например: U238 - Pb206, U235 - Pb207? Th232 - Pb208. Такая возможность, разумеется, была использована.

Если указанные пары изотопов дают совпадающие значения абсолютного возраста образца, то результаты измерений можно считать вполне достоверными. В самом деле, чрезвычайно мало вероятно, чтобы близкое совпадение двух, а в особенности трех значений, найденных, по существу, различными методами, оказалось случайным.

Однако указанная методика имеет и серьезные неудобства. На практике, из-за различного рода искажений, полного совпадения абсолютного возраста, определенного по разным парам изотопов, обычно не получается. Какую же из найденных дат считать более правильной? Нужно, ли в случае расхождения датировок отвергнуть все?

В 1956 г. Везерилл разработал методику, с помощью которой эти трудности были в значительной мере преодолены. В ее основе лежит следующая идея: на основании того, что периоды полураспада U238, U235 и всех дочерних продуктов известны, для различных промежутков времени рассчитывается накопление их конечных дочерних продуктов: стабильного свинца-206 и стабильного свинца-207. Далее для ряда значений возраста определяется величина отношений Pb207/U235 и Pb206/U238. Затем строится график, в котором по оси абсцисс откладываются значения отношения Pb207/U235, а по оси ординат Pb206/U238. На этот график наносится ряд точек, соответствующих различным значениям абсолютного возраста и соответственно разным величинам изотопных отношений свинца и урана (рис. 55). Соединив эти точки плавной линией, получают кривую, названную конкордией (согласием).

Рис. 55. Кривая конкордантных возрастов. По осям отложены изотопные отношения, а на кривой указан соответствующий им возраст образца в миллионах лет
Рис. 55. Кривая конкордантных возрастов. По осям отложены изотопные отношения, а на кривой указан соответствующий им возраст образца в миллионах лет

При построении этой кривой считается, что системы U238 - РЬ206 и U235 - РЬ207 являются закрытыми, т.е. предполагается, что в минерале во время его пребывания в грунте не было ни утечки, ни привноса свинца и урана. Кроме того, при построении этой кривой заранее вводятся поправки на содержание в пробе малых примесей первозданных изотопов свинца. Таким образом, эта кривая соответствует чистому или идеальному случаю.

Экспериментатор, определив соответствующими измерениями содержание в образце изотопов урана и свинца и введя поправку на примесь первозданных изотопов свинца, находит реальные отношения Pb206/U238 и Pb207/U235. Затем точку, соответствующую этим значениям, он наносит на график рис. 55. Если эта точка ложится на кривую конкордии, то поправки введены правильно, а утечки или привноса изотопов либо не было, либо они для исследуемых изотопов были одинаковыми. Если точка не ложится на кривую, то очевидно, что имеет место нарушение указанных выше условий и нужно искать причину этого. Таким образом, экспериментальная точка на графике рис. 55 показывает не только абсолютный возраст образца, но и степень достоверности его определения.

Усовершенствование уран-свинцового метода позволило с довольно хорошей точностью и достоверностью определить абсолютный возраст целого ряда горных пород. Между тем в настоящее время разработан еще целый ряд методов определения абсолютного возраста горных пород, основанных на использовании радиоактивных изотопов. В зависимости от типа и состава образцов, их возраста и характера решаемой задачи, ученые применяют те или другие.

Напомним, что шкала времени, построенная на чередовании различных геологических событий и смене животных и растительных форм, является относительной. Только привязка ее хотя бы в отдельных точках к абсолютным датировкам делает ее достаточно однозначной и достоверной. В настоящее время на основании датирования многих сотен характерных образцов, проведенного радиоактивными методами абсолютной геохронологии, удалось найти временные границы геологических периодов, определить скорость течения целого ряда геологических процессов и уверенно датировать основные этапы развития жизни на Земле.

Сколько лет Земле

Для определения возраста Земли представляет интерес измерение абсолютного возраста древнейших Корных пород. В работе А. Холмса по геохронологии Африки даны значения абсолютного возраста горных пород, определенного различными методами. Приведем некоторые из них: возраст галенита из Южной Родезии оказался равным 2,170 миллиарда лет, галенита из Западного Трансвааля - 2,300 миллиарда лет, моноцита из Южной Родезии - 2,6 миллиарда лет, галенита из Кокошо (Конго) - около 3,3 миллиарда лет.

В последние годы на нескольких континентах обнаружены крупные блоки древнейших пород, абсолютный возраст которых превышает 3 миллиарда лет. Например, в СССР на Украине в районе Днепропетровска была обнаружена порода, возраст которой составляет 3,2 миллиарда лет; на Кольском полуострове в районе реки Вороньей - порода, имеющая абсолютный возраст 3,600 миллиарда лет.

Возраст наиболее старых из известных нам земных минералов, разумеется, еще не является возрастом Земли. Однако земная кора не может быть моложе эпохи образования минералов, кристаллизовавшихся на определенном этапе ее развития. Таким образом, датирование древнейших минералов позволило установить, что абсолютный возраст земной коры - больше 3,5 миллиарда лет. При датировании очень древних пород уран-свинцовым методом большое значение имеет возможно более точное знание первоначального изотопного состава свинца. Как же его определить? Один из способов основан на измерении изотопного состава свинца в рудах, очень бедных ураном и торием. Понятно, что в таких рудах примесь радиогенного свинца тоже будет небольшой. Другой метод определения первоначального изотопного состава свинца построен на анализе образцов, возраст которых определен каким-нибудь другим методом. Знание возраста образца и содержания Ё нем урана и тория позволяет вычислить количество накопившегося радиогенного свинца, а сравнение с реальным содержанием дает возможность найти избыток отдельных изотопов. Этот избыток как раз и дает первоначальный изотопный состав свинца в данном образце.

Третий и наиболее совершенный метод определения первоначального состава свинца основан на исследовании изотопного состава метеоритов. В отличие от земных горных пород метеориты, прежде чем попасть на Землю, долгое время вели уединенное существование, препятствовавшее их загрязнению. Действительно, в железных метеоритах изотопные отношения Pb207/Pb204 и Pb206/Pb204 по сравнению с земными породами имеют наименьшие значения. Таким образом, оказалось, что для определения возраста Земли удобно воспользоваться "небесными камнями".

Напомним, что попадающие к нам на Землю метеориты бывают разной величины, различного химического и минералогического состава. Еще недавно их природа была совершенно не ясной, а появление окружалось различными легендами. Недаром на одном из метеоритов (упавшем 7 ноября 1942 г. в городе Энгисгейме на Верхнем Рейне) была сделана надпись: "Об этом камне многие знают много, каждый что-нибудь, но никто не знает достаточно".

Ныне уже десятки метеоритов тщательно изучены, определен их химический и изотопный состав, радиоактивность и т. д. Эти исследования делают довольно достоверным предположение о том, что метеориты образовались в астероидном поясе нашей солнечной системы путем дробления более крупных тел, возможно некоей промежуточной планеты. Ряд исследований изотопного состава метеоритов показал, что время формирования метеоритов и время формирования земной коры приблизительно совпадают. Этот вывод очень важен. Ведь в метеоритах отсутствовали многие вторичные процессы, с которыми приходится считаться при определении абсолютного возраста земных горных пород. Поэтому, несмотря на некоторые специфические измерительные трудности, их возраст может быть определен с хорошей точностью и достоверностью.

В 1955-1956 гг. Паттерсон с сотрудниками определили уран-свинцовым методом абсолютный возраст большой группы метеоритов, а также ряда материалов рземного происхождения. На основании этих, а также ряда других исследований наиболее достоверным значением промежутка времени, отделяющего нас от периода формирования земной коры, считается значение 4,55±0,07 миллиарда лет. Ряд соображений приводит к тому, что земная кора сформировалась приблизительно на 108 лет позже исходных метеоритных тел.. Таким образом, по "современным данным возраст Земли составляет 4,6±0,1 миллиарда лет.

Возраст солнечной системы должен быть больше Промежутка времени, прошедшего от периода формирования Земли, на то время, которое потребовалось для конденсации Солнца. По оценке В. А. Фаулера этот процесс по космическим масштабам времени был, по-видимому, не очень длительным и составлял около 0,1 миллиарда лет. Таким образом, по Фаулеру возраст солнечной системы равен 4,7±0,1 миллиарда лет.

предыдущая главасодержаниеследующая глава










© Злыгостев Алексей Сергеевич, подборка материалов, оцифровка, статьи, оформление, разработка ПО 2001-2019
При копировании материалов проекта обязательно ставить ссылку на страницу источник:
http://physiclib.ru/ 'Библиотека по физике'

Рейтинг@Mail.ru