Земля и жизнь

Вое встречающиеся в природе химические элементы, имеющие атомный номер более 80, являются радиоактивными. Они образуют четыре радиоактивных ряда. Иногда эти ряды называются "семействами". Распад атомов исходных элементов - урана-233, урана-235, урана-238 и тория-232 (U233, U235, U238, Th232) - приводит к образованию неустойчивых ядер различной продолжительности существования, в свою очередь распадающихся. Сам процесс распада не зависит ни от каких внешних условий. Он идет с неизменной скоростью различной у различных элементов. Половина всех имевшихся в наличии ядер данного элемента распадается за строго определенный промежуток времени - так называемый период полураспада. Каждый радиоактивный ряд заканчивается образованием одного из трех изотопов свинца с выделением гелия. Эти процессы, и оказались теми "часами" истории Земли, которые позволяют исчислять возраст геологических образований в виде так называемой абсолютной геохронологии.

Что же такое абсолютная геохронология и что она дает к настоящему времени?

Интерес геологов к природным процессам распада радиоактивных элементов связан с тем, что скорость этих процессов, во-первых, постоянна, во-вторых, очень мала. Лабораторные испытания, в которых радиоактивные вещества подвергались воздействию температур от -270 до +7000°С, давлений свыше 200 атм, сильных магнитных полей, бомбардировки космическими лучами не могли изменить нормального хода распада радиоактивных элементов.

Периоды полураспада основных естественных радиоактивных изотопов следующие.

На ранних этапах по определению абсолютного возраста геологических пород наибольшее применение получил метод, основанный на определении количеств свинца и гелия как продуктов распада урана-238, урана-235 и тория-232. Оказалось, что радиоактивные химические элементы, входящие в состав минералов земной коры, способны давать указание на время их образования и поэтому могут служить для установления времени геологических событий, иногда весьма древних. Поскольку урано- и ториеносные минералы встречаются в природе реже, чем калиеносные, то преимущество калиевого метода оказывается очевидным особенно для осадочных пород.

В применении к изучению абсолютного возраста минералов осадочного происхождения наиболее интересным показал себя стронциевый метод, основанный на распаде рубидия-87 с образованием стронция. Для этого необходимо, чтобы испытуемый материал содержал рубидий, например, в виде хлористой соли или в виде калийсодержащих глинистых минералов группы иллита, или в виде глауконита, а из магматических минералов - микроклина, флогопита, мусковита и др.

Особое место в абсолютной геохронологии занимает углеродный метод, основанный на измерении содержания углерода-14, период полураспада которого составляет 5568 лет. Этот метод применим для сравнительно самых молодых геологических образований - четвертичных. Исходным материалом для него являются углеродсодержащие горные породы, лигниты, торф и т. д.

Углерод в природе представлен двумя стабильными изотопами С12 и С13, соотношение количеств которых в некоторых известняках составляет 98,892 и 1,108%. При этом интересно, что С12 является биогенным изотопом углерода, поскольку его содержание в организмах и в органогенных геологических образованиях всегда относительно выше по отношению к С13. Принято различать углерод небиогенного происхождения (С12/С13 =88,0-90,2) и биогенного (С12/С13=90-92,9).

Методы определения абсолютного возраста прошли довольно длительную проверку. Выяснено, что причиной ошибок при вычислении могут быть утечка изучаемого элемента при выветривании породы, утечка гелия, образовавшегося при распаде, примеси нерадиогенного свинца и т. д. Поэтому различные определения одного и того же объекта способны давать более или менее значительные отклонения. Но все же эти отклонения не столь значительны, как можно было думать ранее, и цифры возрастов тех или иных минералов и горных пород постепенно уточняются.

Одним из важнейших достижений современной науки является определение возраста Земли, точнее возраста слоев земной коры.