Определение возраста минералов с помощью технических газов

Геохронология – наука, решающая задачи по определению возраста минералов и пород для выяснения последовательности их появления, также геохронология посвящена исследованию возраста Земли как космического тела. Многие исследования ученые-геохронологи проводят с помощью газов гелия и аргона.

История

До наступления XVIII столетия никто из ученых особо не интересовался возрастом минералов, но усилиями энтузиастов — любителей геологии постепенно появлялись методы еще не сформировавшейся науки. Родоначальником геохронологии можно считать Николаса Стенсена, первым сформулировавшего закон нового научного течения, где отражена теория, по которой нормально залегающие отложения отражают последовательность геологических событий. В России методами определения возраста пород занимался М.В.Ломоносов. После того как в 1896 году Антуан Анри Беккерель совершил открытие радиоактивности, выяснилось, что это явление можно использовать для установления возраста геологических объектов. Практические исследования в этом направлении получили развитие только в начале XX века.

Современная геохронология

Гелиевый метод

В породах содержатся продукты радиоактивного распада тория и урана, при этом процессе выделяется газ – гелий. Гелий представляет собой одноатомный инертный газ без запаха, вкуса и цвета. На вычислении его количества и соотношении с содержанием тория и урана основывается гелиевый метод. В лабораторных условиях ученые определяют, сколько гелия скопилось в исследуемой породе, и устанавливают количество тория и урана. По пропорциям между газом и продуктами распада можно понять, сколько должно было пройти лет, чтобы получилось имеющееся соотношение элементов. Самородное железо, магнитный железняк и некоторые силикатные минералы прекрасно сохраняют гелий в своей структуре. Удалить его можно воздействием высокой температуры в течение продолжительного времени. Из других минералов газ улетучивается, в результате абсолютный возраст, вычисляемый при помощи содержания гелия, во многих случаях получается заниженным. Досадная неточность вынудила исследователей искать более надежные способы определения возраста минералов. Тем не менее для геологов гелий оказался удобным индикатором. Гелиевая съёмка с использованием специального оборудования позволяет определять на поверхности Земли места глубинных разломов. Будучи продуктом распада радиоактивных элементов, присутствующих в верхнем слое земной коры, газ проходит по трещинам, и устремляется в атмосферу. Около разломов, особенно в местах их пересечения, концентрация гелия достигает более высоких значений. Геологи используют эту закономерность в исследованиях строения глубинных слоев коры Земли и поиска руды цветных металлов.

Аргоновый метод

Советскими учеными был открыт более точный метод, в его основу легло использование способности к накапливанию в горных породах еще одного газа – аргона, который подобно гелию представляет собой одноатомный инертный газ, не имеющий вкуса, запаха и цвета. Метод предполагает подсчет количества аргона в минералах. Очень многие минералы содержат калий, например, полевые шпаты и все виды слюды, и они широко распространены. Из-за большей распространенности содержащих газ пород, калий-аргоновый метод быстро начал активно использоваться в геохронологических лабораториях. Исследуя качества аргона, ученые сделали вывод о существовании прямой закономерности: чем старше порода, тем выше в ней содержание радиогенного аргона. Практически на всей территории СССР учеными проводились исследования с целью определения калий-аргоновым способом возрастов геологических пород. Аргоновый метод активно внедрялся в практику геохронологических исследований, и в процессе работы выявлялись различные достоинства и недостатки этого метода.

Результаты показали, что не все минералы одинаково хорошо удерживают аргон. Для того чтобы точно устанавливать возраст минералов, их требовалось предварительно обрабатывать раствором азотнокислого таллия, и только после этого показания могли претендовать на точность. Без обработки, изучаемая калий-аргоновым методом порода, становилась ощутимо старше своих лет.
При помощи аргонового метода ученые определяют возраст метеоритов. Для получения наиболее точных показателей сравниваются результаты исследований пород разными методами, наряду с калий-аргоновым. Когда со временем накопилось большое количество результатов, специалисты из разных стран пришли к общему выводу: определить абсолютный возраст ископаемых останков когда-то живших на Земле существ оказалось реальным только в пределах последних 300-350 тыс. лет. Однако аргоновый метод позволяет заглянуть в историю минералов на миллиарды лет.

Более точный аргон-аргоновый метод разработали и начали применять с середины 60-х годов прошлого века. В нем замеры калия заменили измерением изотопа аргона, который при облучении образца породы в ядерном реакторе появляется из изотопа калия. С технической стороны аргон-аргоновый метод более сложный, но обладает рядом преимуществ, так как дает возможность узнать, была ли система изотопов в минерале закрыта, то есть, имелись ли потери радиогенного аргона. Главные достижения в практике сегодня связаны с аргон-аргоновым методом, калий-аргоновый метод по большей части применяют только для определения возраста вулканических пород. Проводя анализ, становится возможным узнать, сколько тысячелетий прошло с момента начала кристаллизации магмы, когда вылилась вулканическая лава, и появились месторождения руды. Однако эти породы не имеют в составе никаких органических остатков, на основании которых их было бы возможно соотнести с тем или иным геологическим периодом. Широкие перспективы открывает изучение животного и растительного мира планеты и при выяснении возраста новейших геологических событий.

Главным результатом всех этих исследований будет появление единой геохронологической шкалы, в которой знания биостратиграфии и палеонтологии тесно свяжутся с наблюдениями геофизиков и геологов, и последними достижениями геологии и астрономии.

Интересные факты

Интересен случай практического применения аргон-аргонового метода в интересах антропологии, когда в начале 1990-х годов этим методом был определен возраст знаменитой находки — останков женщины-австралопитека, названной учеными Люси, обнаруженной в 1974 году на севере Танзании. Разумеется, исследовались вулканические породы, в которых были захоронены останки, а не сами найденные кости. В результате оказалось, что возраст Люси был чуть старше 3 миллионов лет.
Калий-аргоновым и аргон-аргоновым методами датировали найденные расплавленные части породы, по мнению ученых принадлежавших Чиксулубскому астероиду, упавшему на Землю 65 млн лет назад. Сегодня существует теория, согласно которой основной причиной окончания эпохи динозавров стал упавший на Землю огромный астероид, оставивший гигантский кратер, получивший название Чиксулуб, находящийся в Мексике.

Газы аргон и гелий в Украине можно приобрести у лидера украинского рынка промышленных газов компании «DP Air Gas». Более подробно ознакомиться с ассортиментом и условиями поставок газов, а также с предлагаемым компанией предпродажным и послепродажным обслуживанием газового оборудования можно здесь.