Оценка возраста методом радиохронологии

Все эти оценки возрастов были кардинально пересмотрены после создания методов радиохронологии. Эрнест Резерфорд и Фредерик Содди в 1902 году измерили, сколько тепла дает радиоактивное излучение, то есть сколько энергии выделяется из одного грамма радиоактивного ве­щества.

Результат оказался поразительным: один грамм радия дает более чем в тысячу раз больше энергии, чем химическое сгорание одного грамма углерода. Эта идея рождала верное направление мысли, но определенный этим способом возраст вступал в проти­воречие с мнением лорда Кельвина. В 1904 году Резерфорд высту­пал с докладом в Королевском институте. В аудитории он заметил Кельвина:

«Я понял, что у меня проблемы с последней частью моего до­клада, посвященной возрасту Земли… К моему облегчению, Кель­вин часто дремал, но когда я подошел к важному месту, то увидел, что старый ворон сидит, открыв глаза, и смотрит на меня злобным взглядом! Вдруг я почувствовал вдохновение и сказал, что лорд Кельвин ограничил возраст Земли при том лишь условии, что ника­кие новые источники энергии не будут открыты. И его пророческие слова относились именно к тому, что мы сегодня обсуждаем, — к ра­дию! И вот старик уже приветливо улыбается мне».

Молодой физик утверждал, что Солнце может просуществовать значительно более 20 млн лет, возможно, даже миллиард лет и что Землю не ждет скорая смерть изза того, что, по мнению Кельвина, Солнце начнет тускнеть. На следующий день газетные заголовки кричали: «День Страшного суда откладывается!»

Оказалось, что радиоактивность может увести нас еще дальше вглубь времен. Рассказывают, что Резерфорд както шел по уни­верситету с камнем в руке. Он столкнулся с геологом и спросил его: «Адаме, сколько лет Земле?» Тот ответил, что, по измерениям раз­ными методами, около юо млн лет. К его удивлению, Резерфорд сказал: «Возраст этого камня 700 млн лет». Он только что опреде­лил возраст камня, используя скорость распада урана. В 1907 году Бертран Болтвуд измерил возраст различных горных пород и по­лучил значения от 400 до 2200 млн лет. Позже датировка геоло­гических пластов была усовершенствована, и ошибка уменьшилась до 1 млн лет. Мы знаем, что возраст Солнечной системы составля­ет 4,567 ± 0,001 млрд лет и что Земля примерно того же возраста. В табл. 29.1 приведены скорости полураспада некоторых радиоак­тивных изотопов, а во врезке 29.1 даны примеры радиоактивного датирования.

Как пример методов радиохронологии рассмотрим изо­топ калия с атомным весом 40 единиц (*°К). Этот изотоп распадается на 89% кальция и 11% аргона, вес каждого из которых тоже составляет 40. Один из этих двух элементов — аргон, инертный газ, который может сохраняться в горных породах. Но если порода расплавится, газ выходит наружу. Отношение изотопов аргон40 и калий40 указывает, сколь­ко времени горная порода находилась в твердом состоянии. Можно сказать, что эти часы начинают тикать с того момен­та, как порода последний раз застыла, ведь до этого аргон из нее свободно выходил, так что перед затвердеванием поро­ды его там практически не было. Со временем доля изотопа аргона возрастает, и через 1200 млн лет уже собирается 11% аргона относительно изотопа калия (это временя полурас­пада калия40). Измерив в образце отношение аргона40 и калия40, мы определим его возраст.

Есть еще один интересный пример. Рассмотрим кристал­лический минерал циркон из элемента цирконий (2г). Кри­сталл циркона чрезвычайно устойчив: он выживает в усло­виях выветривания и даже при частичном плавлении пород

В земной мантии. Самая распространенная форма циркона 2г8Юц. При кристаллизации обычно возникает небольшая примесь, в результате которой менее чем в % случаев ато­мы циркония замещаются атомами урана (118Ю4) или тория (Тп5Ю4). Это возможно потому, что ядра И и ТЬ по разме­ру такие же, как ядра 2г. С другой стороны, свинец (РЬ) не может входить в состав кристалла просто потому, что он слишком велик, поэтому в момент формирования в кри­сталле нет свинца, но вместе с большим количеством цир­кония есть небольшое количество урана и тория. С течением времени атомы И и ТЬ испытывают радиоактивный распад. Атомы,1351] распадаются на ао7РЬ с временем полураспада 703,8 млн лет, а распадается на ао6РЪ с временем полу­распада 4,468 млрд лет. Теперь мы можем оценить возраст кристалла циркона, просто подсчитав, сколько атомов ф^ратилось в 207РЬ и сколько — в ^РЬ. Если половина превратилась в ао6РЪ, то возраст кристалла равен вре­мени полураспада, в нашем случае 4,4^8 млрд лет. Возраст может быть определен и у других минералов, содержащих уран. На практике оценку возраста лучше делать построе