Методы изотопной геохронологии

Основные типы радиоактивного распада, используемые для определения возраста, следующие:

238U→206Pb свинцовый (уран-торий-свинцовый). 235U→207Pb. 232Th→208Pb. 40K →40Ar калиевый аргоновый. 38Ar→39Ar аргон-аргоновый. 40K + e→Ca + β кальциевый. 87Rb→87Sr рубидиевый. 187Re→187Os Рений-осмиевый. 147Sm - 143 Nd Самарий- неодимовый.

Радиогенные изотопы. Использование в геохимии

Свинцовый метод основан на исследованиях радиогенного свинца в минералах (уранините, монаците, цирконе, ортите). Он считался наиболее достоверным, поскольку решение задачи о возрасте урано-ториевого минерала достигается по трем независимым уравнениям.

K-Ar метод:Путем радиоактивного распада 40К превращается в 40Аr.Зная константы распада, можно измерить концентрацию материнского и дочернего изотопов в породах или минералах и вычислить их возраст.Калий (Z = 19) - широко распространенный элемент, входящий в структуру многих породообразующих минералов, (слюды, полевые шпаты, глинистые м-лы). В основе К-Аr метода лежат следующие положения:1) Измерение содержания 40Аr в породах и минералах можно использовать как метод определения их возраста.2) Весь избыточный 40Аr в атмосфере связан с распадом 40К. Теоретические основы К-Аr метода датирования были разработаны в 1950-х г., и с того времени К-Аr метод стал широко используемым методом определения возраста К-содержащих пород и минералов.При К-Аr датировании предполагается, что весь первичный 40Аr имеет атмосферное происхождение и что количество радиогенного 40Аr можно вычислить путем вычитания количества атмосферного аргона (рассчитанного по атмосферному соотношению 40Аr/36Аr = 295,5) из полного количества 40Аr в образце. В основе традиционного К-Аr метода датирования лежит предположение,что минерал в момент его образования не содержал аргон и что впоследствиивесь радиогенный аргон, образовавшийся в минерале, количественносохранился. С помощью 40Аr/39Аr метода датирования можно преодолеть некоторыезатруднения: -не требуется непосредственного анализа калия. -для определения возраста необходимо только измерить значение отношения радиогенного 40Аr/39Аr, образующегося при нейтронной активации. -Этот метод удобен для датирования очень малых или редких образцов, таких, как метеориты или лунные породы и минералы. Ограничения:аргон частично может бытьпотерян за счет диффузии при температуре значительно более низкой, чемтемпература плавления минерала. Поэтому К-Аr возраст отражает время,прошедшее с того момента, когда минерал остыл настолько, что потери аргоназа счет диффузии стали несущественны.

U-Th- Pb метод определения абсолютного возраста. Объекты – любые уран-содержащие минералыУранинит, торит, монацит, циркон, бадделеит. Метод считался наиболее достоверным, несмотря на некоторые допущения (204)т.к. Возраст вычислялся по трем изотопным системам в одном минерале.

U-Pb метод. Цирконы –минералы со сложной геологической историей - «капсулы времени»Цирконометрия – в настоящее время наиболее точный и часто используемый метод в изотопной геохронологии

Sm-Nd метод. Ионный радиус Sm (1.08 A) близок радиусу Nd (1,04) конст распада 6.54*10*(-12) 1/годГруппа РЗЭ :Легкие накапливаются в полев. ШпТяжелые – в пироксенах, гранатах. Область применения – у/основные и основные породы, дифференцированные комплексы.

Радиоуглеродный метод С14:Для оценки возраста геологических объектов в пределах 60000 лет

основанный на том, что в атмосфере Земли под воздействием космических лучей за счёт обильного азота идёт ядерная реакция 14N + n= 14С + Р; 14С радиоактивен и имеет период полураспада более 5700 лет. В атмосфере установилось равновесие между синтезом и распадом этого изотопа, вследствие чего содержание 14С в воздухе постоянно. Растения и животные при их жизни всё время обмениваются углеродом с атмосферой, поэтому концентрация в них 14С поддерживается на постоянном уровне; в мёртвых организмах обмен с атмосферой прекращается и концентрация в них 14С начинает падать по закону радиоактивного распада. Измеряя содержание 14С с помощью чувствительной аппаратуры, можно установить возраст органических остатков.

Геохимия изотопов серы

Процессы фракционирования идутдвумя путями: 1) Фракционирование в биологических процессах (анаэробная редукция

сульфата бактериями) – среда диагенеза. 2) Термокаталитическая сульфат –редукция (восстановление сульфата до сероводорода или самородной серы) коэф фракционирования меньше, чем при бактериальной (1,06 - 60 промиль)(метаморфизм, рудный процесс).

Установлено два типа вкрапленной сульфидной минерализации: 1.Происхождение связано с эпигенетической низкотемпературной бактериальной сульфат-редукцией; источником серы пиритов являлись сульфаты эвапоритов присутствовавшие в нижнерифейских отложениях; 2.Сульфиды в пределах рудопроявлений и месторождений золота, которые образовались в результате деятельности металлоносных флюидов; сера сульфидов имеет магматогенный источник

Геохимия изотопов углерода

По изотопным отношениям углерода 12C/13C выделяются два вида соединений. 1) С повышенным содержанием тяжёлого углерода (δ = 0), (углерод осадочных карбонатных отложений); 2) с лёгким (δ 13C —20, —40о/оо), (углерод нефти, горючих газов, совр. организмов и т. п.). При образовании алмазов, карбонатитов в мантии Земли происходит фракционирование изотопного состава углерода (изотопный состав углерода алмазов и карбонатитов отличается от углерода, осадочных карбонатов и одинаков в разных точках земного шара). Изучение изотопного состава углерода позволяет ближе подойти к решению вопроса о происхождении нефти, газа, алмазов, углеводородных соединений в магматич. породах, графита в древних метаморфич. толщах. В природе разделение изотопов углерода интенсивно происходит при относительно низких температурах. Органические соединения: 1) Растения при фотосинтезе избирательно поглощают лёгкий изотоп углерода. Большинство растений интенсивно накапливают 12C, и относительное содержание этого изотопа в их составе на 15—25 ‰ выше, чем в атмосфере. (фактор обогащения 1,024)Растения -24 ‰Липиды (УВ) -27 ‰Угли -22-27%Нефти морские -25 ‰Нефти континентальные -30-35 ‰Газы (метан) -40-75 ‰. 2) Фракционирование изотопов углерода происходит при растворении СО2 в воде и его испарении, кристаллизации и т. п.Опреснение и осолонение сказывается на изменение изотопного состава карбонатов (в известняках – вариации от +5 до -5).