Александр Олейников - Геологические часы

Еще предстоит поближе познакомиться с многочисленными родственниками урана. Семейство дочерних элементов урана крайне многообразно. Интересные результаты были получены при исследовании одного из членов этого семейства - иония (2 Th). Некоторое количество иония постоянно осаждается вместе с тонкими глинистыми осадками, падающими на дно океана. Опустившись на дно, ионий начинает постепенно разлагаться. При этом период его полураспада равен 84 тыс. лет.

Если поднять с океанического дна колонку грунта и измерить, какое количество иония содержится в каждом из тончайших пропластков донного осадка, то выяснится, что содержание этого элемента постепенно уменьшается с глубиной. Эта закономерность вполне может быть использована для определения скорости формирования отложений морского дна и, вероятно, позволит создать возрастные карты для огромных площадей подводного царства, покрытых однообразным чехлом илов, время образования которых до сих пор остается загадкой. Может быть, этот способ пригодится и при выяснении возраста бывших морей, воды которых в недавнее время захватывали территорию нынешних континентов.

Все новые и новые изотопы находят применение при определении абсолютного возраста.

При изучении разнообразных объектов используется метод измерения времени по свинцу-210. Он позволил выяснить скорости смешения океанических вод и воздуха атмосферы, интенсивность выпадения осадков и рост снежного покрова Антарктики, возраст урановых месторождений в Альпах и историю минералов из вулканических фумарол Везувия и Долины Десяти Тысяч Дымов на Аляске.

Для исследования скорости накопления осадочных пород применяются протактиний-231 и торий-230. С помощью этих же изотопов сравнивается возраст удаленных друг от друга геологических разрезов и уточняются эпохи нашествия холода.

Два «брата» - уран-234 и уран-238 - нашли применение при датировании новейших морских и озерных отложений.

При изучении метеоритов пущены в дело «вымершие» изотопы: иод-129, ксенон-129, свинец-205 и плутоний-244. Для определения возраста редкоземельных минералов оказалась пригодной пара самарий-147- неодим-143. С помощью самарий-неодимового метода удалось обнаружить закономерные изменения изотопных характеристик, отражающих процессы эволюции Земли, и на основании изучения молодых вулканогенных пород, излившихся на дно океана, уточнить строение их источника - мантии нашей планеты.

Используя «привычку» минералов сохранять продукты ядерного деления, советские ученые Виталий Григорьевич Хлопин и Эрих Карлович Герлинг предложили ксенон-урановый метод. А свойство осколков ядерного деления оставлять на пути своего прохождения в минералах тончайшие следы - треки - позволяет с помощью электронного микроскопа ввести в практику еще один многообещающий способ оценки возраста - по количеству, форме и ориентировке треков.

Исследование соотношений изотопов позволило уточнить представления о происхождении метеоритов, выявить характерные особенности развития земной коры и мантии, проверить гипотезы о строении и эволюции интрузивных и вулканогенных пород.

Специалисты уже давно научились определять возраст метеоритов. Но было совершенно невозможно установить время, когда небесный камень прорвался сквозь заслон атмосферы к земной поверхности. С огромной силой ударяя в каменную оболочку Земли, метеориты нередко проходят сквозь толщу отложений нескольких эпох, и выяснить время их падения казалось немыслимым. Радиоуглеродный метод помог ответить и на этот вопрос.

Время образования почв, периоды изменения температуры вод, эпохи и пути миграции вымерших животных, возраст вулканических извержений, периоды наступлений ледников - в решении всех этих вопросов может принять участие изотопная геохронология.

Но кроме «земных» изотопов на поверхность планеты постоянно поступают радиоактивные изотопы космического происхождения. Продолжительное время, во всяком случае уже несколько миллионов лет, скорость их притока на Землю сохраняется неизменной. В последние годы к ним добавились новые искусственные источники радиоактивности: ядерные взрывы и отходы ядерных установок. Значительная часть всех этих веществ попадает в океаны, занимающие семь десятых площади земного шара.

Тритий, бериллий-10, углерод-14, алюминий-26, хлор-36, кремний-32 - все эти изотопы, порожденные деятельностью человека и космосом, также могут быть использованы и в геохронологии. Уже сегодня существуют точные методы, позволяющие определять их содержание. По-видимому, и недолговечные и долгоживущие представители этого сообщества вскоре найдут свое применение, например в океанографических исследованиях.

Уже говорилось, что для детального изучения горных пород из них изготовляют тонкие прозрачные пластинки - шлифы. Если поместить шлиф под микроскоп, можно увидеть сложную картину внутреннего строения породы. Обломки минералов; микроскопические кристаллы; минералы сросшиеся; минералы, разъедающие друг друга... И внутри некоторых из них можно встретить радиоактивные включения. Вокруг таких включений часто наблюдаются окрашенные ореолы. Их называют плеохроичными (т. е. многокрасочными) двориками.

При внимательном изучении видно, что каждый дворик состоит из нескольких обособленных концентрических колец. Их происхождение объясняется различной дальностью полета альфа-частиц, образующихся при радиоактивном распаде вещества, из которого состоит минеральное-включение. Теоретически доказано, что степень окрашенности колец дворика должна быть пропорциональна времени, на протяжении которого осуществлялась бомбардировка вмещающего минерала радиоактивными частицами.

Значит, если удастся с достаточной точностью установить скорость изменения окраски плеохроичных ореолов, можно будет и этот метод взять на вооружение геохронологии. Но окрашенные зоны вокруг радиоактивных включений быстро разрушаются при нагревании. Следовательно, их можно использовать и для того, чтобы определять продолжительность тепловых воздействий, которым подвергалась горная порода за свою историю.

А может быть, и обычный поляризационный микроскоп послужит геохронологическим исследованиям? Неужели для того, чтобы определить, например, количество содержащегося в минерале аргона, непременно нужно произвести дорогостоящий химический анализ? В ответ на это московский ученый Ефрем Александрович Кузнецов предложил новый способ измерения абсолютного возраста - по оптическим свойствам минералов, определяемым с помощью поляризационного микроскопа.

Исследуя климаты древних эпох и нашего времени, специалисты разгадали размеренную смену климатических циклов. Через 3, 11, 30 и 90 лет повторяются на Земле различные изменения природной обстановки. Через 1800 лет наступают многоводные эпохи увлажнения, давшие начало мифам о всемирном потопе. Ритмы эти объединяются в более крупные, насчитывающие десятки и сотни тысяч лет, а те в свою очередь подчиняются циклам несравнимо большей протяженности, исчисляемым десятками и сотнями миллионов лет.