ГЕОЛОГИ́ЧЕСКИЙ ВО́ЗРАСТ

ГЕОЛОГИ́ЧЕСКИЙ ВО́ЗРАСТ, воз­раст гео­ло­гич. объ­ек­та, оп­ре­де­ляе­мый от­но­си­тель­но воз­рас­та др. гео­ло­гич. объ­ек­та или как вре­мя (в го­дах), про­шед­шее с мо­мен­та его об­ра­зо­ва­ния.

Оп­ре­де­ле­ние от­но­си­тель­но­го Г. в. стра­ти­фи­ци­ро­ван­ных (за­ле­гаю­щих слоя­ми) гор­ных по­род про­из­во­дит­ся пу­тём их со­пос­тав­ле­ния с ком­плек­са­ми от­ло­же­ний, при­ня­тых за эта­ло­ны под­раз­де­ле­ний об­щей стра­ти­гра­фи­че­ской шка­лы, и при­свое­ния им на­зва­ния со­от­вет­ст­вую­ще­го под­раз­де­ле­ния гео­хро­но­ло­ги­че­ской шка­лы. Точ­ность оп­ре­де­ле­ния от­но­си­тель­но­го Г. в. – до пе­рио­да, эпо­хи, ве­ка. При со­пос­тав­ле­нии от­ло­же­ний ис­поль­зу­ют гл. обр. па­лео­нто­ло­ги­че­ский ме­тод: по­ро­ды, со­дер­жа­щие оди­на­ко­вые ос­тат­ки ис­ко­пае­мых ор­га­низ­мов, счи­та­ют­ся од­но­воз­ра­ст­ны­ми. Др. ме­тод – па­лео­маг­нит­ный (по ос­та­точ­ной на­маг­ни­чен­но­сти фер­ро­маг­нит­ных ми­не­ра­лов), осо­бен­но при­ме­ним для из­вер­жен­ных об­ра­зо­ва­ний океа­нич. дна; оп­ре­де­ле­ние воз­рас­та про­из­во­дит­ся по маг­ни­то­ст­ра­ти­гра­фич. и раз­ра­бо­тан­ной на её ос­но­ве маг­ни­то­ге­о­хро­но­ло­гич. шка­лам (см. Маг­ни­то­ст­ра­ти­гра­фия). От­но­си­тель­ный Г. в. ин­тру­зив­ных по­род и др. не­слои­стых гео­ло­гич. об­ра­зо­ва­ний оп­ре­де­ля­ет­ся по со­от­но­ше­нию с тол­ща­ми слои­стых гор­ных по­род, воз­раст ко­то­рых оп­ре­де­лён.

Ме­то­ды оп­ре­де­ле­ния изо­топ­но­го Г. в. (ра­нее упот­реб­ляв­шие­ся тер­ми­ны «аб­со­лют­ный Г. в.» и «ра­дио­ло­ги­че­ский Г. в.», по мне­нию боль­шин­ст­ва ис­сле­до­ва­те­лей, ут­ра­ти­ли своё зна­че­ние) ос­но­ва­ны на ис­поль­зо­ва­нии яв­ле­ния ра­дио-ак­тив­но­го рас­па­да не­ста­биль­ных изо­то­пов ря­да хи­мич. эле­мен­тов, ско­рость ко­то­ро­го по­сто­ян­на и хо­ро­шо из­вест­на. Изо­топ­ный Г. в. гор­ной по­ро­ды оп­ре­де­ля­ют разл. спо­соба­ми. Пер­вая груп­па изо­топ­ных ме­тодов – по со­от­но­ше­нию атом­ных кон­цен­тра­ций ра­дио­ген­но­го до­чер­не­го ($D_t$) и ра­дио­ак­тив­но­го ма­те­рин­ско­го ($M_t$) изо­то­пов:$$t=(1/ \lambda_{M}\cdot \text {ln}(D_t/M_t+1),$$где $λ_M $– кон­стан­та ско­ро­сти рас­па­да ма­те­рин­ско­го изо­то­па. Ис­поль­зу­ют­ся ра­дио­ак­тив­ные пре­вра­ще­ния раз­ных изо­то­пов: $\ce{^{238}U→^{206}Pb, ^{235}U→^{207}Pb, ^{232}Th→^{208}Pb, ^{147}Sm→^{143}Nd \ (α-рас­пад); ^{87}Rb→^{87}Sr, ^{187}Re→^{187}Os, ^{176}Lu→^{176}Hf, ^{40}K→^{40}Ca \ (β-рас­пад); ^{130}Te→^{130}Xe \ (2β-рас­пад); ^{40}K→^{40}Ar}$ ($K$-за­хват); $\ce{^{238}U→^{136}Xe}$ и др. Эти ра­дио­ак­тив­ные изо­то­пы име­ют очень боль­шие пе­рио­ды по­лу­распа­да, по­это­му дан­ные ме­то­ды при­меня­ют­ся для да­ти­ро­ва­ния по­ро­до­об­ра­зую­щих и ак­цес­сор­ных (при­мес­ных) ми­не­ра­лов, оса­доч­ных, маг­ма­тич. и ме­та­мор­фич. по­род в диа­па­зо­не от де­сят­ков тыс. до не­сколь­ких млрд. лет (т. е. древ­ней­ших по­род Зем­ли) с ве­ро­ят­ной по­греш­но­стью от де­ся­тых до­лей до не­сколь­ких про­цен­тов. Не­об­хо­ди­мо учи­ты­вать, что при кри­стал­ли­за­ции ра­дио­ак­тив­но­го ми­не­ра­ла мо­жет про­изой­ти за­хват эле­мен­та, со­дер­жа­ще­го та­кой же изо­топ, что и ра­дио­ген­ный до­чер­ний. Это мог­ло бы при­ве­сти к за­вы­ше­нию Г. в. да­ти­руе­мо­го ми­не­ра­ла. Для ис­клю­че­ния за­вы­ше­ния Г. в. и вне­се­ния по­прав­ки на за­хва­чен­ный изо­топ при­ме­ня­ют хо­ро­шо из­вест­ные за­ко­но­мер­но­сти эво­лю­ции ср. изо­топ­но­го со­ста­ва эле­мен­тов зем­ной ко­ры и ман­тии Зем­ли; ис­поль­зу­ют изо­топ­ный со­став эле­мен­та, за­хва­чен­но­го при кри­стал­ли­за­ции син­ге­не­тич­ных, но не­ра­дио­ак­тив­ных ми­не­ра­лов, в ко­то­рых он та­кой же, что и в изу­чае­мых радио­ак­тив­ных ми­не­ра­лах; оп­ре­де­ля­ют изо­топ­ный со­став за­хва­чен­ных эле­мен­тов гра­фич. изо­хрон­ны­ми ме­то­да­ми. С др. сто­ро­ны, в гео­ло­гич. ис­то­рии ми­не­ра­лов и/или гор­ных по­род мо­жет про­изой­ти ко­рот­кое со­бы­тие, при ко­то­ром из них миг­ри­ру­ют или в них прив­но­сят­ся из­вне ра­дио­ген­ные или ра­дио­ак­тив­ные изо­то­пы (в этих слу­ча­ях про­ис­хо­дит за­ни­же­ние или за­вы­ше­ние из­ме­рен­ных Г. в.). Для учё­та ми­гра­ции изо­то­пов при­ме­ня­ют гео­хи­мич. мо­де­ли, сре­ди ко­то­рых гра­фич. мо­де­ли U–Pb и Rb–Sr ме­то­дов, по­зво­ляю­щие оп­ре­де­лить как воз­раст об­ра­зо­ва­ния гор­ных по­род и ми­не­ра­лов, так и вре­мя их пре­об­ра­зо­ва­ния. Др. мо­де­ли при­ме­ни­мы для K–Ar и U–Xe ме­то­дов (про­дук­том ра­дио­ак­тив­но­го рас­па­да яв­ля­ет­ся га­зо­об­раз­ное ве­ще­ст­во): ис­сле­дуе­мые ми­не­ра­лы об­лу­ча­ют ней­тро­на­ми в ядер­ном ре­ак­то­ре, при этом в них об­ра­зу­ют­ся ис­кусств. изо­топы то­го же эле­мен­та, к ко­то­ро­му принад­ле­жат и ра­дио­ген­ные изо­то­пы; по со­от­но­ше­нию кон­цен­тра­ций ра­дио­ген­ных и ис­кусств. изо­то­пов рас­счи­ты­ва­ют «спек­тры воз­рас­тов» и по ним на­хо­дят ис­тин­ный изо­топ­ный Г. в. да­же в слу­чае зна­чит. по­терь ра­дио­ген­ных га­зов за гео­ло­гич. ис­то­рию.

Вто­рая груп­па ме­то­дов оп­ре­де­ле­ния изо­топ­но­го Г. в. ос­но­ва­на на на­ру­ше­нии разл. гео­ло­гич. про­цес­са­ми со­стоя­ния ди­на­мич. ра­дио­ак­тив­но­го рав­но­ве­сия ме­ж­ду ко­ли­че­ст­ва­ми ра­дио­ак­тив­ных изо­то­пов, об­ра­зую­щих­ся один из дру­го­го в ра­дио­ак­тив­ных се­мей­ст­вах U и Th. К этой груп­пе ме­то­дов от­но­сят­ся изо­топ­ные $\ce{^{234}U, ^{210}Pb, ^{234}U{/}^{238}U, ^{230}Th{/}^{232}Th, ^{230}Th{/}^{231}Pa}$ и др. Осн. объ­ек­ты изо­топ­но­го да­ти­ро­ва­ния – ме­тал­ло­нос­ные и др. дон­ные осад­ки океа­на, хе­мо­ген­ные кар­бо­нат­ные от­ло­же­ния озёр, со­ле­нос­ные тол­щи, ис­ко­пае­мые кос­ти жи­вот­ных, мо­ло­дые вул­ка­нич. по­ро­ды и др. Диа­па­зон оп­ре­де­ляе­мых изо­топ­ных воз­рас­тов – от не­сколь­ких со­тен до не­сколь­ких млн. лет; ве­ро­ят­ная по­греш­ность со­став­ля­ет неск. про­цен­тов.

Тре­тья груп­па ме­то­дов оп­ре­де­ле­ния изо­топ­но­го Г. в. ис­поль­зу­ет ре­ак­ции ра­дио­ак­тив­но­го рас­па­да изо­то­пов $\ce{^3He, ^{10}Be, ^{14}C, ^{26}Al, ^{32}Si, ^{36}Cl, ^{39}Ar, ^{53}Mn, ^{59}Ni, ^{81}Kr}$, ко­то­рые ге­не­ри­ру­ют­ся в разл. гео­ло­гич. объ­ек­тах под дей­ст­ви­ем кос­мич. из­лу­че­ния (пе­рио­ды по­лу­рас­па­да кос­мо­ген­ных изо­то­пов от 3,7 млн. лет до ок. 270 лет). Г. в. рас­счи­ты­ва­ют по со­от­но­ше­нию ак­тив­но­стей [или чи­сел рас­па­дов ($λ_I·I$)] в ми­не­ра­ле или гор­ной по­ро­де в на­чаль­ный ($λ_I·I_0$) и ко­неч­ный ($λ_I·I_t$) мо­мен­ты вре­ме­ни:$$t=(1/ \lambda_I) \cdot \text {ln}[\lambda_I \cdot I_0)/(\lambda_i \cdot I_t)]$$где $λ_I $– кон­стан­та ско­ро­сти рас­па­да, а $I$ – атом­ная кон­цен­тра­ция кос­мо­ген­но­го изо­то­па. Для б. ч. изо­то­пов кос­мо­ген­но­го про­ис­хо­ж­де­ния за на­чаль­ную ак­тив­ность при­ни­ма­ет­ся ве­ли­чи­на, чис­лен­но рав­ная совр. ско­ро­сти их ге­не­ра­ции кос­мич. из­лу­че­ни­ем. В ра­дио­уг­ле­род­ном ме­то­де для кос­мо­ген­но­го изо­то­па $\ce{^{14}C}$ в ка­че­ст­ве на­чаль­ной ак­тив­но­сти бе­рут экс­пе­ри­мен­таль­но оп­ре­де­ляе­мую ве­ли­чи­ну, су­ще­ст­во­вав­шую в до­ин­ду­ст­ри­аль­ную эпо­ху (напр., ак­тив­ность ра­дио­уг­ле­ро­да в дре­ве­си­не де­ревь­ев, рос­ших неск. тыс. лет на­зад). Это вы­зва­но ис­ка­же­ни­ем в те­че­ние по­след­них 150 лет атом­ной кон­цен­тра­ции ра­дио­уг­ле­ро­да за счёт по­сту­п­ле­ния в ат­мо­сфе­ру древ­не­го уг­ле­ро­да, ли­шён­но­го ¹⁴С, с про­дук­та­ми сжи­га­ния го­рю­чих по­лез­ных ис­ко­пае­мых, а так­же по­сту­п­ле­ни­ем в атмо­сфе­ру уг­ле­ро­да, обо­га­щён­но­го ра­дио­ак­тив­ным изо­то­пом $\ce{^{14}C}$ в ре­зуль­та­те ядер­ных ис­пы­та­ний и ра­бо­ты ядер­ных энер­ге­тич. ус­та­но­вок. Ра­дио­уг­ле­род­ным ме­то­дом да­ти­ру­ют ске­лет­ные ос­тат­ки ис­ко­пае­мых жи­вот­ных, торф, мо­ло­дые вул­ка­ны. По др. кос­мо­ген­ным изо­то­пам оп­ре­де­ля­ют воз­раст мор­ских осад­ков, мар­ган­це­вых кон­кре­ций, жиль­но­го квар­ца, био­ген­но­го крем­не­зё­ма, мо­ло­дых вул­ка­нич. по­род, лед­ни­ков и др. Ве­ро­ят­ная по­греш­ность оп­ре­де­ле­ния изо­топ­но­го Г. в. по кос­мо­ген­ным изо­то­пам варь­и­ру­ет от не­сколь­ких про­цен­тов до 20%.

Чет­вёр­тая груп­па ме­то­дов оп­ре­де­ле­ния изо­топ­но­го Г. в. ис­поль­зу­ет яв­ле­ние ра­ди­ац. на­ру­ше­ния кри­стал­лич. струк­ту­ры ми­не­ра­лов под дей­ст­ви­ем ра­дио­ак­тив­ных из­лу­че­ний. Важ­ней­ший из них – ме­тод тре­ков ос­кол­ков де­ле­ния ура­на – ос­но­ван на том, что при спон­тан­ном де­ле­нии яд­ра изо­то­па $\ce{^{238}U}$ об­ра­зу­ет­ся па­ра ос­кол­ков, об­ла­даю­щих ки­не­тич. энер­ги­ей, в де­сят­ки млн. раз боль­шей энер­гии свя­зи ато­мов в кри­стал­лич. ре­шёт­ках. По­это­му ос­кол­ки вдоль тра­ек­то­рии сво­его дви­же­ния об­ра­зу­ют зо­ны на­ру­ше­ния струк­ту­ры. Об­ра­бо­тав ми­не­рал аг­рес­сив­ны­ми жид­ко­стя­ми, мож­но рас­тво­рить ве­ще­ст­во этих зон, сде­лав ка­ж­дое из на­ру­ше­ний ви­ди­мым в оп­тич. мик­ро­скоп как про­тя­жён­ный трек – след ка­ж­до­го ак­та де­ле­ния ядер ура­на. Изо­топ­ный воз­раст оп­ре­де­ля­ет­ся со­от­но­ше­ни­ем чис­ла тре­ков и кон­цен­тра­ции ура­на в ми­не­ра­ле. Ме­нее на­дёж­ны и по­это­му ре­же ис­поль­зу­ют­ся ме­то­ды, ос­но­ван­ные на оп­ре­де­ле­нии до­зы ядер­ной энер­гии, на­ко­п­лен­ной ми­не­ра­лом при рас­па­де в нём ра­дио­ак­тив­ных изо­то­пов. Об этой до­зе су­дят ли­бо по све­то­во­му из­лу­че­нию при на­гре­ве ми­не­ра­лов (ме­тод тер­мо­лю­ми­нес­цен­ции), ли­бо по из­ме­не­нию чис­ла де­фек­тов кри­стал­лич. струк­ту­ры, оце­ни­вае­мо­му ме­то­дом элект­рон­но­го па­ра­маг­нит­но­го ре­зо­нан­са.

Су­ще­ст­ву­ют не­изо­топ­ные ме­то­ды оп­ре­де­ле­ния Г. в. гор­ных по­род в го­дах, ос­но­ван­ные на дли­тель­но про­те­каю­щих пе­рио­дич. гео­ло­гич. про­цес­сах с из­вест­ной по­сто­ян­ной дли­тель­но­стью и пе­рио­дич­но­стью, напр. вар­во­хро­но­ло­ги­че­ский – по «лен­точ­ным» гли­нам, на­ка­п­ли­ваю­щим­ся в при­лед­ни­ко­вых озё­рах и имею­щим рит­мич­ное строе­ние. Эти ме­то­ды име­ют ог­ра­ни­чен­ное при­ме­не­ние.