Методы определения абсолютного возраста горных пород

 

2.3 Определение  возраста по плеохроическим ореолам.

Плеохроическими ореолами называются сферические, в срезе кольцеобразные, темные окрашенные зоны в минералах, которые образуются вокруг микровключений радиоактивных минералов. В поляризованном свете они плеохроируют, откуда и  произошло их название. Плеохроические ореолы (дворики, гало) часто наблюдаются  в биотите, флюорите, амфиболе, альбите, турмалине, хлорите, кордиерите и ряде других минералов. Ореолы образуются вокруг микровключений радиоактивных минералов: уранинита, настурана, торианита, торита, а также монацита, ортита, циртолита  и т.д. Причиной возникновения ореолов  являются радиационные изменения в  минералах под действием α-частиц радионуклидов, входящих в состав микровключений. В ореолах вокруг включений сильнорадиоактивных  минералов (например, уранинита) иногда наблюдаются трещиноватость, изотропизация  вещества. Причина окраски плеохроических ореолов полностью не выяснена. Считают, что она связана с ионизацией и возбуждением молекул и возникновением центров окрашивания. Вопрос о характере  химических реакций, протекающих в  этих центрах, окончательно не решен. Возможно, окраска связана с переходом Fe (II) в Fe (III), разложением воды, образованием нейтральных атомов металла и  т.д. Нагревание минерала приводит к  потере окраски ореолом (отжигу).

 

Размеры радиусов ореолов  находятся в пределах 15 - 50 мкм  и соответствуют пробегам α-частиц в минералах. Как уже упоминалось  в гл. 1, длина пробега α-частиц (R) возрастает с увеличением скорости распада ядра (λ): ln R = А + В ln λ (закон  Гейгера - Нетолла). Поэтому максимальные ореолы дают самые короткоживущие продукты распада урана и тория: 212Ро и 214Ро. Обычно ореол состоит из нескольких колец, каждое из которых отделяется более темной полосой. Каждое кольцо соответствует α-частицам с определенной длиной пробега. Внешние кольца соответствуют 214Ро в чисто, урановых минералах  или 212Ро в случае присутствия тория. Разница пробегов 212Ро и 214Ро в минералах  составляет 8 - 10 мкм, она легко обнаруживается и может указывать на присутствие  тория. В некоторых образцах биотитов были обнаружены ореолы радиусом 8,6 и 5,2 мкм, которые не могли принадлежать продуктам распада урана и  тория. Их приписывают α-излучению 147Sm и 156Gd. Более темную внешнюю часть кольца объясняют максимальной ионизацией, проявляющейся в конце пробега α-частицы.

Плеохроические ореолы подвержены отжигу, т.е. легко исчезают при нагревании. Таким образом, наблюдаемые в  породе плеохроические ореолы возникли после последнего прогрева породы. Радиоактивное облучение минерала приводит к разрыхлению и изотропизации  вещества. Поэтому зоны ореолов оказываются  более благоприятными для циркуляции поровых растворов. [8]

Обычно устанавливается  активность микровключений ореолов  двух различных биотитов. Возраст  одного из них определяется любым  другим методом, возраст второго  биотита определяется по сопоставлению  интенсивности окраски двух ореолов  по простой пропорции. Для этого  необходимо чтобы оба биотита  имели одинаковую чувствительность к образованию ореолов под  действием дозы альфа-частиц.

Этот метод не нашел  широкого применения по таким причинам:

-трудно найти хорошо  образованные ореолы

-вторично наложенные  процессы (особенно метаморфизм)  значительно изменяет интенсивность  окраски ореолов или полностью  уничтожает их.

-также интенсивность  окраски и размеры ореолов  зависят от неоднородности минералов,  от процессов эманирования и  выщелачивания изотопов. [4]

 

2.4 Кислородный  метод.

Метод основан на процессе окисления двухвалентного урана  до шестивалентного состояния. В  результате радиоактивного распада  атома урана, связанного в молекулу UO, освобождается два атома кислорода, которые и окисляют U до U и Рb до PbO. Этот метод может дать достоверные результаты в том случае, если в момент образования горной породы уран находился только в четырехвалентной форме и в минерале, кроме урана, не существовали и не существуют элементы, способные окисляться кислородом, освобождающимся при распаде урана, и в минерале нет других источников окислительного процесса.

Кислородный метод не может  быть применен к тем минералам, которые  подвергались вторичным изменениям. Метод не имеет самостоятельного значения, так как получающиеся результаты часто вызывают большие сомнения, но представляют большой интерес  с точки зрения характеристики сохранности  минерала. [4]

 

2.5 Метод трекового датирования.

Трековое датирование (fission-track dating) - метод определения времени остывания минералов, основанный на подсчете плотности треков осколков спонтанного деления ядер урана (238U), накапливающихся в природных минералах в ходе геологической истории. Трековый возраст отражает время остывания минерала ниже температуры закрытия трековой системы. В этом смысле, трековые возрасты соответствуют времени формирования для быстро остывших вулканических  пород (возраст извержения) или отражают время остывания пород при выведении с глубинных уровней (возраст эксгумации).

Детритовая термохронология - это методика, опирающаяся на трековое датирование отдельных зерен  минералов из осадков, позволяет  проследить связь между тектоническими процессами и седиментацией. Осадочные  породы содержат минералы различного трекового возраста, которые поступили  в осадок из источников с разной термотектонической историей. Это позволяет  реконструировать эволюцию источников сноса во времени. Изучение возраста отдельных зерен циркона, дает возможность: а) проводить стратиграфические  корреляции, б) определять возраст отложений, не содержащих фауны; в) реконструировать источники сноса терригенного материала  и г) изучать эксгумационную эволюцию пород питающих провинций. Главное  достоинство детритовой термохронологии  состоит в том, что эта методика позволяет проследить во времени  связь между тектоническими процессами и седиментацией. Треки в апатите  устойчивы только в приповерхностных условиях (при температуре ниже 60°С), что ограничивает применение апатита  в детритовой термохронологии. Хотя ряд исследований, анализировавших  распределения возрастов обломочного  апатита, не испытавшего отжига, известен для Гималаев, Британской Колумбии (Канада) и Новой Зеландии. Циркон чаще применяют для решения задач  методом детритовой термохронологии, так как треки сохраняются  при больших температурах (до 200°С). Это позволяет применять циркон для изучения обломочных зерен в осадках, не погружавшихся глубже 7 км.

Трековый возраст, в физическом значении, - это период времени, в  течение которого происходило накопление треков в кристалле. Нужно иметь  в виду четкое различие между физическим измерением и геологической интерпретацией трековых возрастов. Интерпретация  трековых возрастов не всегда тривиальна и требует тщательного анализа, как полученного материала, так  и учет разнообразных геологических  факторов.

Трековое датирование  применяется для решения широкого круга задач в геологии. Как  традиционный метод тефрохронологии  трековое датирование применяется  для определения возраста вулканических  стекол. Также метод активно используется для датирования импактитов и  кимберлитов.

Одно из современных направлений  трекового анализа - это датирование  апатита и циркона из разрезов с целью изучения эксгумации комплексов-источников терригенного материала. Это направление  ставит своей целью изучение временной  взаимосвязи между формированием  рельефа, эрозией, климатом и седиментацией  в орогенных поясах Земли. Каждая питающая провинция (блок, комплекс) поставляет в прилегающий бассейн обломочные зерна с определенными трековыми  возрастами, которые зависят от термальной истории этой провинции.

Устойчивость треков в  минералах зависит от температуры  и времени, это обусловило применение трекового анализа для реконструкции  термальной истории осадочных бассейнов. Большое количество исследований посвящено  изучению апатита, так как температурный  интервал зоны частичного отжига треков в апатите (60°-110°+-10°С) очень близок температурам, при которых происходит генерация жидких углеводородов. Формирование нефти и газа в осадочных бассейнах, как известно, происходит при определенных температурных условиях, так образование  жидких углеводородов протекает  наиболее интенсивно в интервале  от 60° до 130° С, а газообразных углеводородов -в интервале 130° - 220°  С при скорости нагрева 1-10°С/млн  лет. Образование метана из угля в  ходе углефикации происходит в интервале  температур 80° - 230°, а наиболее интенсивная  генерация угольного метана характерна для интервала 150°-230°. Трековый анализ апатита и циркона применяется  для количественной оценки термальной истории осадочного бассейна, степени зрелости органических веществ (ОВ) при прогнозе нефтегазоносности и поисках нефти и газа. Трековый анализ, в отличие от других методов (например, анализ отражающей способности витринита), дает возможность проследить изменение палеотемператур во времени.

Чаще всего трековым методом  изучаются цирконы, но кроме них, возможно изучение апатита, сфена, слюд и вулканического стекла, которые  обычно содержат уран в достаточном  количестве для относительно молодых  отложений (мезозой-кайнозой). Кроме  того, низкоурановые эпидоты и  гранаты могут быть использованы при  исследовании и более древних (палеозойских и докембрийских) пород.

 

 

Заключение.

Абсолютная геохронология является частью радиогеологии, которая относится к достаточно молодым научным дисциплинам. Широкое развитие в нашей стране она получила благодаря академику Вернадскому, который ввел термин «радиогеология», дал первое определение целей и задач этой науки. Данная наука развивалась достаточно быстро благодаря объединенной работе геологов, химиков, физиков.

Основные методы определения  возраста горных пород и минералов имеют свои минусы и плюсы, так при использовании рубидий-стронциевого метода можно работать только с образцами, возраст которых свыше 5 * лет. Свинцовый метод не является пригодным из-за того, что возникают сложности с поиском минералов и пород, пригодных для определения возраста данным методом. Наиболее простым и легким методом предложен калий-аргоновый метод. С помощью этого метода можно решать многие вопросы геологических событий, но минус в том, что у метода нет внутреннего самоконтроля и невозможно получить информацию о вторичных наложениях.

Малораспространенные методы не получили широкого распространения  в силу их ненадежности в некоторых  случаях и сложности осуществления  определения возраста.

Все  методы развиваются, ищутся другие подходы к определению  возраста горных пород и минералов. А вместе с этим развивается и  радиогеология, продолжающая изучать  радиоактивные свойства нашей планеты…

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемой литературы:

1. Войткевич Г.В. «Радиогеология и ее значение в познании истории Земли»,1956
2. «Изотопная геология». Под редакцией Э.Йегера, И.Хунцикера, 1984
3. Короновский Н.В. , Ясаманов Н.А.  «Геология»,2007
4. Пшеничкин А.Я., Рихванов Л.П., Шубин Г.В. «Методы определения возраста горных пород и минералов»,1978
5. Старик И.Е. «Ядерная геохронология»,1961
6. Харлей П.М. «Возраст Земли», 1962
7. Шуколюков Ю.А. «Часы на миллиард лет», 1984.
8. Учебник по ядерной геохимии. URL: http://bibl.tikva.ru/base/B1235/B1235Content.php
9. URL: http://geo.web.ru/