big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Методы определения абсолютного возраста горных пород и геохронология

Идея метода абсолютной геохронологии была высказана гениальным французским физиком Пьером Кюри, заметившим на заседании Парижского физического общества в 1902 г., что эффект радиоактивности может быть использован для измерения времени, поскольку он не зависит от каких-либо внешних факторов. В СССР одним из первых оценил значение этого важного свойства радиоактивности В. И. Вернадский, который был наиболее страстным поборником исследования радиоактивных минералов и явлений, с ними связанных.

В «Очерках геохимии», впервые изданных в Париже в 1924 г., В. И. Вернадский писал: «...мы имеем здесь эталон времени, как его назвал в 1902 г. П. Кюри, совершенно независимый от всего, что может существовать, по крайней мере в пределах Солнечной системы, а вероятно, и галаксии...» Ратуя за широкое внедрение в практику научных исследований методов абсолютной геохронологии, В. И. Вернадский в 1932 г. справедливо считал, что «...еще недостаточно оцененный факт возможности такого определения времени в недалеком будущем изменит до самого основания всю научную работу и мышление геолога» (Вернадский, 1954 , стр. 650).

В 1937 г. в Москве с трибуны XVII сессии Международного геологического конгресса В. И. Вернадский в блестящем докладе «О задачах радиогеологии» сформулировал главные цели геохронологических исследований. Им были особо выделены вопросы уточнения длительности орогенических циклов, синхронности геологических событий в разных частях планеты, установления возраста древнейших геологических пород. По существу вся последующая работа Комиссии по определению абсолютного возраста геологических формаций, созданной на этом конгрессе при участии В. И. Вернадского, проходила под влиянием его идей.

К. А. Ненадкевич впервые в СССР в 1926 г. произвел определения абсолютного возраста карельских пегматитов единственным известным тогда методом — по свинцу уранинита, получив значения возраста, весьма близкие к истинным, — порядка 2 млрд. лет. Открытие столь древних пород на Балтийском щите долгое время было уникальным. Лишь в 40-х годах с новым этапом развития методов абсолютной геохронологии стали открываться все более древние образования в земной коре.

Важным шагом вперед явился впервые установленный в СССР в 1940—1942 гг. Э. К. Герлингом и В. Г. Хлопиным характер радиоактивного распада К40, в частности превращение его в Аr40, связанное с эффектом К-захвата. Упомянутый изотоп аргона накапливался в калиевых минералах. Детальная разработка этого нового метода определения возраста Э. К. Герлингом позволила принять его на вооружение в начале 50-х годов большим числом лабораторий Советского Союза. В первое же послевоенное десятилетие советскими геохронологами были внесены существенные усовершенствования в свинцовый и свинцово-ура-новый методы измерения возраста минералов. Так, А. П. Виноградовым с сотрудниками (Институт геохимии и аналитической химии АН СССР — ГЕОХИ) в 1952 г. были опубликованы первые в СССР многочисленные измерения изотопного состава свинца галенитов, позволяющие авторам оценить возраст Земли минимально в 5,3 млрд. лет.

И. Е. Старик, В. Э. Собатович и другие, применив методы возгонки свинца в вакууме из метеоритов и последующего его масс-спектрального определения, не только подтвердили ранее известные изотопные составы железных метеоритов с низким содержанием радиогенных изотопов, но и выделили особую группу метеоритов с обыкновенным свинцом земного состава. Это позволило им поставить вопрос о различном происхождении разных групп метеоритов.

А. И. Тугаринов, С. И. Зыков, К. К. Жиров и другие (ГЕОХИ, МГУ) в те же годы разработали методы измерения возраста метаморфизма по урану и изотопному составу свинца, выделяющегося при изменении урановых минералов в самостоятельную фазу в виде собственно свинцовых минералов, в частности галенита.

Усовершенствование аргонового метода, например, предложенное Н. И. Поповой и Г. А. Казаковым (ВСЕГЕИ и ГЕОХИ) использование для целей геохронологии аутигенного минерала осадочных пород — глауконита, позволило достаточно точно в ряде случаев датировать время седиментации. Для геологических знаний эта методика оказалась крайне плодотворной. На основании измерений возраста глауконита из позднедокембрийских осадков (рифея) удалось установить длительную протяженность рифейского осадконакопления, во времени охватившего более миллиарда лет.

Выявление огромной длительности времени отложения рифейских осадков, которые ранее рассматривались Н. С. Шатским как эокембрий, якобы охватывавший интервал времени лишь в 100—200 млн. лет, способствовало кардинальному расчленению рифея на три возрастных комплекса, выяснению сложной эволюции во времени строматолитов, на основании чего Б. М. Келлером и другими еще ранее была установлена хорошая синхронизация рифейских отложений Европы и Сибири.

Созданный несколько позднее и также внедренный в практику советских геохронологических исследований свинцово-урановый метод, основанный на измерении малых количеств рассеянного сингенетичного урана и радиогенного свинца в ураноносных осадках (Е. В. Бибикова и др., ГЕОХИ), позволил оценить возраст седиментации древнейших метаморфических формаций: иотния в Карелии, курской и криворожской серий нижнего протерозоя на Русской платформе.

В 60-х годах аргоновый метод усилиями советских геохронологов С. Б. Брандта (Дагестанский филиал АН СССР) и Ф. Котловской (Геологический институт АН УССР) оказал еще одну неоценимую услугу нашей геологии. Методами измерения малых количеств калия и радиогенного аргона в амфиболах изверженных пород удалось датировать интрузии основного и ультраосновного состава. Оказалось, что, в отличие от калиевого шпата и слюд, т. е. минералов, сравнительно легко теряющих аргон при термальном метаморфизме (при контактовом воздействии интрузий или региональном погружении пород в области высоких температур), амфибол отличается поразительной сохранностью аргона в пределах до + 900°. Это позволило на основании измерений возраста амфибола устанавливать истинный возраст пород, подвергшихся метаморфогенным изменениям, для которых слюды и полевые шпаты показывали искаженные значения возраста. Кроме того, удалось применить этот метод для оценки возраста изверженных по,род основного состава, что ранее было невозможно. Свинцово-урановый метод был бессилен, поскольку уран- и торийсодержащие акцессорные минералы, необходимые для этой цели, в породах основного состава либо отсутствовали, либо встречались в исчезающе малых количествах, недостаточных для определения.

Широкий фронт методических исследований в сочетании с массовыми измерениями возраста горных пород различными лабораториями СССР позволил советским геохронологам уже к 1960 г. предложить уточненную геохронологическую шкалу для палео-мезо-кайнозоя (фанерозоя), содержавшую серьезные поправки и уточнения шкалы, ранее предложенной на основании единичных измерений английским ученым А. Холмсом.

Одновременно лабораторией геологии докембрия (ИГЕД), а также лабораториями ГЕОХИ, Радиевого и Геологического института АН УССР проводились детальные исследования геохронолог и идокембрия СССР; эти работы вели А. И. Тугаринов (1955), А. А. Полканов (1958), Н. П. Семененко (1960). Они увенчались составлением в 1964 г. сводной геохронологической шкалы под общей редакцией Г. Д. Афанасьева. Эта шкала, в составлении которой принимала участие Комиссия по измерению абсолютного возраста геологических формаций, была одобрена

Геохронологической комиссией Международного геологического общества на ее первом заседании в г. Нанси в 1965 г. С крайне небольшими изменениями шкала была тогда же рекомендована в виде обобщенной геохронологической шкалы для фанерозоя в масштабе земного шара.

Исключительно важно установить геохронологию докембрия, охватывающего 80 % истории Земли. Использование совместно с геохронологией всех материалов, ныне известных для различных докембрийских массивов мира, позволяет вскрыть общие закономерности необратимого геологического развития земной коры по крайней мере на протяжении последних 3,5 млрд. лет ее жизни. Так, например, удалось установить геологическую синхронность развития железорудных формаций в нижнем протерозое, начало зарождения интенсивных процессов гранитизации 2—3 млрд. лет назад, отсутствовавших ранее в истории Земли.

Предварительная сводка всех мировых данных по докембрию на конец 1964 г. опубликована в монографии (Тугаринов и Войткевич, 1966).

Обработка всех полученных за 20 лет возрастных данных для геологических формаций СССР проводится в настоящее время в ГЕОХИ АН СССР под руководством А. П. Виноградова с целью составления геохронологических карт для отдельных систем к предстоящему изданию атласа палеогеологических карт.

В последние годы вопросы измерения возраста пород и минералов приобрели огромное значение в практике рудного дела для установления генетических связей руд с интрузивными либо осадочно-метаморфическими породами. Однако проблема генезиса тесно переплетается с изучением изотопного состава вещества, что здесь не рассматривается, хотя и в этой области советские ученые имеют крупные достижения.

В результате исследований, постепенно развивающихся в различных направлениях, Э. К. Герлингом (ИГЕД АН СССР), а затем Л. Н. Овчинниковым (Уральский филиал АН СССР) в пределах Кольского полуострова и Урала установлены аргоновым методом совершенно необычные значения возраста горных парод, варьирующие от 4,5 до 10 млрд. лет. Речь идет о габбро-норитах и пироксенитах Чуна и Волчьих тундр в первом случае и истрандитах для района г. Златоуста — во вторам. Любопытно, что в районе Чуна и Волчьих тундр исследованные габбронориты подстилают наиболее древнюю для Кольского полуострова Кольскую серию, в составе гальки базальных конгломератов которой обнаружены те же самые габбро-нориты. Поскольку возраст Кольской серии, определенный свинцово-урановым методом, составляет более 3,5 млрд. лет, грандиозные значения возраста, полученные Э. К. Герлингом для габбро-норитов, не противоречат геологической структуре района.

Однако максимальный предел возраста Земли определяется рядом других независимых факторов, в том числе неизбежным допущением, что всякое увеличение возраста Земли должно сопровождаться гигантским увеличением содержания в ней в ранние периоды, которые предшествовали 5 млрд. лет, активных тепло излучателей, таких элементов, как уран, торий, калий, рубидий и т. д. Количество их уже около 6 млрд. лет назад должно было бы быть столь велико, что Земля испарилась бы за счет радиоактивного тепла, ими излучаемого. Чтобы избежать этого существенного противоречия, Э. К. Герлинг использовал для объяснения возможного происхождения обнаруженных им пород с гигантскими значениями возраста гипотезу американского физика Гамова, по которой ядро и мантия Земли могут быть сложены веществом гораздо более древним, нежели поверхностная ее пленка — земная кора. Таким образом, обнаруженные Э. К. Герлингом и Л. Н. Овчинниковым блоки подобных пород могли бы быть пришельцами с больших глубин. Тем не менее все выявленные гигантские значения возраста заслуживают в дальнейшем серьезной экспериментальной проверки.

В течение последних пяти лет в СССР стал развиваться также рубидиево-стронциевый метод, сулящий значительные перспективы в будущем. Благодаря сравнительно слабой избирательной миграции как рубидия, так и продукта его распада — стронция, при метаморфогенных изменениях пород значения возраста, получаемые по отношению рубидия к стронцию, оказываются более достоверными, чем определенные по аргону. Кроме того, сравнение распространенности радиогенного стронция с его нерадиогенными изотопами с массами 86 и 88 в тех же самых породах дает представление о глубинности происхождения вещества интрузий, позволяя решать задачи уже не только о возрасте, но и о происхождении этого вещества. Большие успехи, достигнутые в этой области лабораторией Э. К. Герлинга, обещают значительные успехи в будущем.

Дальнейшие задачи советских исследований в области геохронологии заключаются в достижении значительно большей точности методов измерения абсолютного возраста минералов и пород, а также сочетания их с другими методами изотопной геохимии для решения проблем рудообразования, происхождения изверженных горных пород, в частности выяснения генетических связей вещества земной коры и верхней мантии.

 

Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.