Изотопы в определении возраста минералов

Природная радиоактивность нашла широкое применение в современной геологич. науке. Эманационная съемка, наземная радиометрия, гамма-аэросъемка и гамма-карротаж буровых скважин являются одним из весьма эффективных методов при поисках урановых месторождений и месторождений калиевых солей (благодаря высокой р- и у-активности и и К). Большов значение имеют также радиологич. методы определения абсолютного возраста геологич. образований, использующие постоянство скорости радиоактивного распада в качестве эталона времени. Радиологич. методы определения абсолютного возраста основаны на радиоактивности нек-рых изотопов естественных элементов и накоплении в геологич. образованиях их стабильных дочерних продуктов. За эталон геологич. времени принимается скорость радиоактивного распада, являющаяся для каждого радиоэлемента строго определенной, не зависящей от внешних воздействий и практически неизменной в течение геологич. времени. Принципиально для онределения возраста геологич. объектов (минералов, горных пород и руд) может быть использована любая пара материнского и дочернего радиоэлемента, если точно известна скорость распада материнского изотопа и точно определено содержание в минерале или горной породе материнского и дочернего изотопов. Если с момента обра.зо-вания кристаллич. решеток минералов они являлись закрытой системой й в них не происходило миграции тех элементов, по к-рым производится вычисление возраста, то полученные результаты определений должны соответствовать истинному возрасту минерала. Для вычисления длительных отрезков геологич. времени (миллионов и миллиардов лет) используются радиоэлементы с соответствующей им продолжительностью жизни. [c.233]

До второй мировой войны горные породы умели анализировать только классическими методами химического анализа. Для определения абсолютного возраста годились лишь пробы пород со сравнительно высоким содержанием урана, тория и свинца методы, основанные на других рядах распада, еще не были разработаны. Опыты проводились на урановых рудах, содержащих минерал урановую смолку. Об определении возраста других пород, скажем гранита, никто и не мечтал. И при всем том полученные результаты были неверными, так как с помощью метода химического анализа невозможно различить разные изотопы одного элемента. В пробах определялось содержание урана, тория и свинца. Зная скорости распада урана и тория до свинца, рассчитывали, какая доля обнаруженного свинца образовалась из урана, а какая из тория. Считая, что весь имеющийся в породе свинец возник в результате этих двух распадов, определяли возраст пробы по периоду полураспада материнских элементов. [c.48]

Накопление свинца в результате распада содержащихся в минералах радиоактивных элементов позволяет определить возраст соответствующих горных пород. Зная скорость распада доТЬ и и определив их содержание, а также содержание и изотопный состав свинца в минерале, можно вычислить возраст минерала, т. е. время, прошедшее с момента его образования (так называемый свинцовый метод определения возраста). Для минералов с плотной кристаллической упаковкой, хорошо сохраняющей содержащиеся в кристаллах газы, возраст радиоактивного минерала можно установить по количеству гелия, накопившегося в нем в результате радиоактивных превращений (гелиевый метод). Для определения возраста сравнительно молодых образований (до 70 тыс лет) применяется радиоуглеродный метод, основанный на радиоактивном распаде изотопа углерода бС (период полураспада около 5600 лет). Этот изотоп образуется в атмосфере под действием космического излучения и усваивается организмами, после гибели которых его содержание убывает по закону радиоактивного распада. Возраст органических остатков (ископаемые организмы, торф, осадочные карбонатные породы) может быть определен путем сравнения радиоактивности содержащегося в них углерода с радиоактивностью углерода атмосферы. [c.94]

Минерал должен оставаться замкнутой системой в том, что касается потерн или приобретения материнских, промежуточных и дочерних изотопов, па протяжении всего времени существования. Если результаты определения возраста породы двумя или более изотопными. методами совпадают, то образец, по-видимому, удовлетворяет этому критерию. [c.74]

Обычно принято считать, что до отвердевания земной коры составляюпще ее элементы образовывали смесь. В процессе отвердевания, происходившего за неизмеримо более короткий период по сравнению с возрастом Земли, наблюдалась локализация отдельных элементов, однако принято, что в процессе отвердевания не имело место фракционирование изотопов тяжелых элементов. Широко распространенные уран и торий встречаются, однако, лишь в очень небольших количествах но иногда они встречаются в более высоких концентрациях в радиоактивных породах, причем всегда сопровождаются радиогенным свинцом, состоящим, как указывалось выше, из изотопов с массами 206, 207 и 208. Кроме того, они могут быть связаны с первичным (primaeval) свинцом, не образующимся целиком в процессе радиоактивного распада. Наличие такого первичного свинца очень трудно обнаружить и измерить, если не использовать тот факт, что в нем содержится стабильный изотоп ФЬ, не являющийся радиогенным. Количество радиогенного свинца, образующегося при радиоактивном распаде в любом из трех встречающихся в природе радиоактивных рядов, может быть представлено как функция времени. Каждый из трех рядов достиг состояния равновесия, поскольку с момента отложения радиоактивных минералов прошло не менее миллиона лет в соответствии с этим отношение количества свинца — стабильного конечного продукта распада — к количеству любого члена ряда, с которым он находится в равновесии, теоретически может быть использовано для определения возраста минерала. [c.463]

Радиоактивность находит применение также и в геологии. Одним из самых ранних применений радиоактивности было определение возраста Земли. Скорость радиоактивного распада различных атомов хорошо известна, поэтому возраст данного радиоактивного минерала можно вычислить путем простого деления количества продукта распада на скорость его образования. Если время жизни материнского элемента очень велико, то расчеты упрощаются. Количество свинца, найденное в урановом минерале, является мерой количества урана, претерпевшего радиоактивный распад, если только из других мест сюда не было внесено свинца и не было его утечки. Определение атомного веса или измерение относительных количеств изотопов может быть использовано для того, чтобы ввести поправку на наличие обычного свинца, который находится в образце минерала и не возникает благодаря распаду урана или тория. Землю нужно считать, по крайней мере, такой же старой, как и самый давний из всех когда-либо найденных минералов возраст Земли оценивают примерно в 5 млрд. лет. [c.741]

Здесь химические символы (2° РЬ и зву) означают число атомов соответствующих изотопов, содержащихся в минерале в момент их определения, а 1 — геологический возраст, т. е. время, прошедшее с момента образования минерала. [c.60]

Изотопы были открыты в процессе изучения радиоактивных элементов. Предполагалось, что они химически идентичны и отличаются лишь по массе и радиоактивным свойствам. Уже давно было отмечено, что относительная распространенность изотопов элемента, образующегося в результате радиоактивного распада, может отличаться от распространенности изотопов этого же элемента, обнаруженного в нерадиоактивном минерале. Ричардс и Лемберт [1694] первые показали, что атомный вес свинца в природе колеблется обычный свинец обладал атомным весом 207,15, в то время как образцы свинца из различных радиоактивных минералов обладали атомным весом 206,40. Аналогичные колебания были отмечены и для других элементов, связанных с радиоактивными минералами. Как это будет показано ниже, измерение относительной распространенности изотопа при детальном знании процессов распада, приводящих к его образованию, может быть использовано при определении возраста минерала. Однако вариации в распространенностях изотопов наблюдаются и для процессов, связанных лишь со стабильными изотопами, что свидетельствует о некотором различии в физических и химических свойствах изотопов одного и того же элемента. [c.100]

Недавно предложен быстрый и простой способ разложения небольших количеств монацита (100—200 мг) фосфорной кислотой при нагревании [873]. По охлаждении прозрачного раствора до 40° С его разбавляют 0,2-м. фосфорной кислотой и определяют в этом растворе торий и его изотопы радиохимическим методом, а свинец — полярографически (метод специально разработан для определения возраста минерала по коотчеству продуктов радиоактивного распада урана и тория). [c.336]

Объекты иного типа можно датировать аналогично с помощью других изотопов. Например, образец урана-238 за 4,5 10 лет распадается наполовину, превращаясь в устойчивый продукт, свинец-206. Для определения возраста содержащих уран минералов можно измерять отношение свинца-206 к урану-238. Если свинец-206 каким-то образом оказался включенным в минерал в результате нормального химического процесса, а не в результате радиоактивного распада, то такой минерал должен содержать большее количество более распространенного изотопа, свинца-208. При отсутствии больших количеств этого геонормального изотопа свинца можно предполагать, что весь содержащийся в образце свинец-206 некогда был ураном-238. [c.256]

Большое значение имеет предложенный и осуществленный Э. К. Герлингом аргоновый метод, основанный на определении содержания изотопа аргона ( °Аг) в калийсодержащих минералах. Если масс-спектрометрический анализ показывает отсутствие легкого изотопа аргона Лг, всегда присутствующего в аргоне воздушного происхождения, то ясно, что аргон, содержащийся в минерале, возник при /(-распаде атомов °К. Отношение Аг/К позволяет определить геологический возраст минерала. Заметим, что аргон сохраняется в минералах гораздо лучше, чем гелий. [c.61]

Определение абсолютного геологического возраста явилось перво1г из задач, для решения которой был использован масс-спектрометр. Основные принципы хорошо известны любому физику. Выбранный для изучения минерал должен содержать значительные количества какого-нибудь радиоактивного изотопа, период полураспада которого сравним с геологическим возрастом, т. е. имеет величину порядка сотен или тысячи миллионов лет. Минерал должен иметь такое строение и струк- [c.514]

Определение стронция в горных породах приобрело важное значение с распространением рубидиево-стронциевого метода определения возраста. Природный стронций состоит из 4 изотонов 5г , Зг , Зг и Зг со средним содержанием в смеси соответственно 0,56 9,85 7,02 и 82,56 о (2. Изотоп Зг получается при Р-превращении естественного радиоизотопа КЬ (содержание в природной смеси изотопов 27,85%, около 5-10 лет). Пз содерлсания КЬ и Зг возраст минерала (Т) вычисляется по формуле [c.108]

Методы для определения возраста Земли основаны на содержании радиогенного свинца в целом ( породном ) свинце [678, 873, 885, 886, 1409, 2046]. Рассуждения в их самой современной форме идут при этом примерно так. Вначале земной РЬ имел такой же изотопный состав, как и РЬ, обнаруживаемый сейчас в тех метеоритных минералах, которые практически лишены U и Th. (Для простоты мы не будем принимать Th во внимание). При некоторых условиях доля радиогенного РЬ в любой пробе породного РЬ (из не содержащих урана минералов) зависит 1) от промежутка времени, прошедшего между образованием Землй и образе ванием данной породы, и 2) от содержания U в той части Земли, где добыт радиогенный РЬ до того, как образовался этот минерал. В принципе мы имеем два уравнения с двумя неизвестными. Во-первых, мы можем измерить стандартными радиометрическими методами возраст породы (от настоящего времени ). Во-вторых, соотношение количеств радиогенного 2обр5 (образовавшегося из и) и радиогенного РЬ (образовавшегося из 2з5и) в породе определяется только интервалом времени, прошедшего между образованием Земли и данной породы, поскольку оба изотопа возникли из одного запаса U. Из серий таких анализов разных пород рассчитан возраст Земли, составляющий примерно 4,6— 4,7 млрд. лет. Сейчас принята величина 4,66 млрд. лет [1716]. Даже если считать, что Земля вначале была холодной, твердая кора не может быть значительно моложе, так как охлаждение сначала должно было идти довольно быстро. [c.38]

Критерием того, что данный образец пригоден для проведения определений абсолютного возраста и что полученные результаты достаточно надежны, служит сравнение результатов, полученных на этом образце при помощи двух или более различных изотопных методов. Если результаты сильно расходятся, метод непригоден. В то же время если различные. методы дают близкие результаты, то, по-видимому, полученные величины отражают истинный возраст породы, поскольку маловероятно, чтобы разные изотопы исчезали из кристаллической решетки минерала с одинаковой скоростью. Пример такой согласованности результатов дает определение возраста образцов биотита, собранных в штате Колорадо. Их возраст, определенный при помощи модифицированного свинцового метода (определялось отношение 207рь/2обрь) составляет 1,7 млрд. лет, что незначительно отличается от величины, полученной при использовании — 5г-метода (1,65 млрд. лет) [16]. [c.73]

В часах, которыми мы пользуемся, нет свинцовых деталей. Но в тех случаях, когда время измеряют не часами и минутами, а миллионами лет, без свинца не обойтись. Радиоактивные превращения урана и тория завершаются образованием стабильных изотопов элемента № 82. При этом, правда, получается разный свинец. Распад изотопов и приводит в конечном итоге к изотопам РЬ и " РЬ. Наиболее распространенный изотоп тория заканчивает свои превращения изотопом РЬ. Установив соотношение изотопов свинца в составе геологических пород, можно узнать, сколько времени существует тот или иной минерал. При наличии особо точных приборов (масс-спектрометров) возраст породы устанавливают по трем независимым определениям — по соотношениям 206 эJJ.2зsy. [c.269]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология