Вчені переглянули головний метод датування в геології

Методи радіоізотопного датування існує зовсім небагато. Ще менше цих методів дозволяють визначати вік об’єктів в мільйони і мільярди років. Одним з найпопулярніших є уран-свинцевий метод, який примітний тим, що в 1953 році Клер Кемерон Паттерсон, геолог з Чиказького університету, з його допомогою уперше досить точно визначив вік Землі. Тим дивніше стала новина про те, що геологи запропонували поправити цей метод – зміна, яка спричинить передатировку більшості великих геологічних подій.

Трохи історії

Радіометричні методи, незважаючи на суттєві відмінності, базуються на одній досить простій ідеї. Є певний зразок. Нам відомо утримання двох ізотопів – одного стабільного і одного не дуже. Ми знаємо, що стабільний розпад виходить з нестабільного в результаті напіврозпаду і навіть знаємо період напіврозпаду цього з високою точністю. У першому, “наївному”, наближення передбачається, що, починаючи з деякого моменту, ядерні процеси всередині зразка йдуть незалежно від навколишнього середовища.

Закон ядерного розпаду, відкритий Фредеріком Содді і Ернестом Резерфордом, стверджує, що інтенсивність розпаду пропорційна кількості атомів того чи іншого елемента. Взявши відносини початкової кількості атомів даного елемента до решти і прологарифмировав обидві частини рівності, ми отримуємо досить просту формулу, яка задає залежність часу.

В цю формулу входять три параметра, два з яких визначаються досить точно – це період напіврозпаду елемента і кількість атомів того чи іншого ізотопу (це робиться переважно спектрометрією). Третій параметр – кількість ізотопу на момент консервації зразка – необхідно визначити незалежними методами. Наприклад, при радіовуглецевому датуванні органіки (там, до речі, момент консервації – це момент смерті організму) для визначення початкового кількості вуглецю 14C використовують, серед іншого, дендрохронологическую шкалу.

Метод уран-свинцевого датування, який почав активно розвиватися в кінці 50-х років минулого століття, є одним з найбільш авторитетних на даний момент. Його використовують переважно для датування порід. В якості зразків виступають кристали циркону – мінералу ZrSiO4. Основою цього методу служить перетворення урану після серії альфа – і бета-розпадів в свинець.

У цього методу є кілька дуже важливих плюсів в порівнянні з конкурентами. По-перше, на момент утворення мінералу він з великою ймовірністю не містив свинцю взагалі – це пов’язано з тим, що уран вбудовується в кристалічну решітку мінералу, заміщаючи атоми цирконію, а свинець для цього не підходить. Це означає, що знімається питання визначення, які з атомів свинцю утворилися в результаті розпаду урану, а які були в зразку спочатку. Нічого подібного, наприклад, для радіовуглецевого методу немає.

Другим важливим плюсом є наявність відразу двох радіоізотопних годин всередині зразків, пов’язаних з ураном-238 і ураном-235. Ці елементи перетворюються в різні ізотопи свинцю – 206 207 і відповідно. Це є перевагою ось чому: як вже говорилося вище, в теорії, зразок взаємодіяти з навколишнім середовищем не має. У дійсності, однак, він взаємодіє і, як наслідок, ізотопи, що отримуються в результаті розпаду, можуть залишати зразки. Подібні витоку позначаються на годиннику по-різному, тому порівняння отриманих датувань дозволяє знайти ці помилки і досить часто усунути їх – фактично, ці два процеси корегують один одного.

Метод уран-свинцевого датування використовується дуже широко. Наприклад, з його допомогою в 1953 році геолог з університету Чикаго Клер Кемерон Паттерсон зумів обчислити вік Землі в 4,55 мільярда років. Примітно, що з часу появи цієї цифри, минуло майже 60 років, а єдине, що змінилося – геологи знизили похибка у вимірюванні з 70 до 20 мільйонів років. Це стало одним з ключових досягнень науки XX століття.

З останніх досягнень можна відзначити статтю, опубліковану в Science в листопаді 2011 року. Тоді міжнародна група вчених змогла побудувати найбільш повну датування масового пермського вимирання – катастрофічної події в історії планети, коли загинуло більше 90 відсотків живих організмів. В роботі дослідники встановили, що вимирання сталося 252,28 мільйона років тому. Всі загиблі види вимирали одночасно в морі і на суші, причому весь процес зайняв близько 200 тисяч років (а міг, за словами вчених, вкластися і в 100 тисяч). Як наслідок, вчені зробили висновок, що причиною вимирання були так звані сибірські траппы. Вони виникають в результаті особливого виду магматизму і призводять до излиянию великої кількості магми на поверхню через тріщини в земній корі без утворення вулканів.

 

Нові результати

Що ж зробили вчені із США і Великобританії під керівництвом Джона Хайса в новій роботі, опублікованій в Science? Вони звернули увагу на те, що при порівнянні роботи двох ізотопних годин усередині зразка геологи використовують співвідношення ізотопів урану 238U і 235U, що вважається постійним і рівним 137,88. При цьому виявилося, що систематичних досліджень на цю тему не проводилося, а саме число є результатом консенсусу між різними групами геологів.

У рамках роботи вчені проаналізували вміст ізотопів урану в 58 зразках циркону, зібраних у різних регіонах планети. У результаті вони встановили, що воно не є постійним і лежить в межах від 137,743 до 138,490. Як наслідок, дослідники пропонують переглянути фундаментальне співвідношення на користь його невеликого зменшення – вони пропонують прийняти його рівним 137,818 з похибкою 0,045.

Нове пропозицію було прийнято багатьма фахівцями позитивно. Наприклад, геохронолог з Каліфорнійського університету Джеймс Мэттинсон заявив Nature News: “Люди, що працюють в цій області, знайдуть багато цікавого у новій роботі”. Він також додав, що результати дослідників будуть корисні для калібрування результатів різних вимірювань.

Самі вчені говорять, що з-за внесеної поправки вік окремих зразків може змінитися на сотні тисяч, а іноді й мільйони років. Це, в теорії, призведе до перегляду деталей існуючої нині геохронологічної шкали подій. Єдине, про що вчені говорять з упевненістю – вік Землі переглянутий не буде. Це пов’язано з тим, що дані по ньому були підтверджені незалежними дослідженнями.

Примітно, що одночасно з роботою Хайса з’явилися дані про те, що інший радіометричний метод може зажадати перегляду. Майкл Пол з Єврейського університету в Єрусалимі з’ясував, що період напіврозпаду самарія-146, використовуваного в датуванні за самарію-неодиму, може виявитися на 30 відсотків коротший, ніж вважалося до цих пір – “всього” 68 мільйонів років.

Всі ці результати показують, що багато фундаментальні результати в геології можуть вимагати перегляду. Не кардинального, але все-таки досить відчутного. Це, в свою чергу, принесе науці безліч нових результатів.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *