Космическая пыль в Океане

Исчезнувшее семейство

При исследовнии химического состава океанической воды было выяснено, что в ней содержится 2,5*10^-9 г урана. При распаде урана образуется семейство радиоактивных элементов (рис. 1) ²³⁴U, ²³⁰Th, ²²⁶Ra и др. со своими периодами полураспада.

Рис. 1. Фрагмент цепочки спонтанного распада изотопа урана 238U.  - период полураспада - время, в течение которого количество радиоактивного изотопа уменьшается в 2 раза за счет радиоактивного распада.

Согласно закону радиоактивного равновесия нетрудно определить ожидаемые равновесные концентрации вышеперечисленных изотопов. Однако, исследования показали, что в океанической воде содержится только несколько процентов от ожидаемого равновесного количества. Урановое семейство исчезло из воды. Вскоре оно было найдено в океанических илах [3], причем дефицит в океанической воде точно равен обнаруженному избытку в океанических илах: оказалось, что радиоактивные изотопы уранового семейства прекрасно сорбируются океаническими взвесями и глинами. Это явление послужило основой применения избыточных (неравновесных) радиоактивных изотопов для целей датирования океанических осадков. Практически используют два выражения: закон радиоактивного распада

(1),

где C и C₀ - соответственно,текущая и начальная концентрации, - постоянная радиоактивного распада, = 0,6931/ , и экспериментальную закономерность распределения радиоизотопа по глубине l образца

(2)

Скорость роста осадочной породы r находится из выражения r = /a, а время накопления t слоя породы толщиной l равно l*a/ . Таким образом, для определения геохронологических параметров осадочной породы необходимо в эксперименте определить две величины - толщину образца l и величину a. Причем определение скорости роста и возраста будет правильным, если выполняются в природе определенные условия, главные из которых - постоянство потока радиоизотопов в океанические илы, постоянство скорости роста илов и постоянство стратиграфии исследуемой породы. Многочисленные измерения скоростей роста глубоководных океанических илов, выполненные в различных лабораториях мира, показали, что характерный порядок величин скорости роста этих объектов равен ~ 1 мм за тысячу лет.

Космогенный хронометр

Проверить соблюдение условий, при которых неравновесные методы дают верные результаты, к сожалению, не всегда возможно. А это значит, что остается доля сомнений в правильности полученных величин скоростей роста и возраста осадочных пород. Хотелось бы иметь еще хотя бы один прямой геохронологический способ. Такой способ был найден. Выяснилось, что космическое излучение, взаимодействуя с атмосферой Земли, производит радиоактивные изотопы, в том числе изотопы бериллия (¹⁰Be) и алюминия (²⁶Al), соответственно с периодами полураспада 2,7 и 0,74 млн. лет [4]. Кстати, эти величины значительно больше, чем периоды полураспада ²³⁴U, ²³⁰Th и ²²⁶Ra, и, следовательно, использование изотопов ¹⁰Be и ²⁶Al позволяет расширить геохронологическую шкалу в сторону более древних образцов. Эти изотопы адсорбируются на мельчайших частицах пыли и вместе с дождевой водой выпадают на поверхность Земли и, следовательно, значительная их часть попадает в океаны, а затем в донные осадки. Алгоритм расчета скорости роста и возраста осадочных пород ничем не отличается от рассмотренного ранее (1) и (2). Оказалось, что космогенные изотопы дают во многих случаях те же скорости роста, что и неравновесные методы. Осложняющим обстоятельством при арбитражном сравнении и тех, и других данных является то, что условия применимости методов практически полностью совпадают, т.е. требуется постоянство потока, скорости роста и сохранность стратиграфии в процессе формирования породы. Нарушение этих условий приведет к практически одинаковому изменению рассчитываемых параметров и не позволяет выявить ошибку в определениях. Появилась задача разработки такого метода датирования осадочных пород, при котором условия применимости были бы другими, например, не требовалось бы постоянство скорости роста.

далее>>