8.4: Ізотопні методи датування
- Page ID
- 36592
Спочатку скам'янілості лише надавали нам відносний вік, оскільки, хоча ранні палеонтологи розуміли біологічну спадкоємність, вони не знали абсолютного віку різних організмів. Лише на початку 20-го століття, коли вперше були застосовані ізотопні методи датування, стало можливим виявити абсолютні століття порід, що містять скам'янілості. У більшості випадків ми не можемо використовувати ізотопні методи, щоб безпосередньо дати скам'янілості або осадові породи, в яких вони знаходяться, але ми можемо обмежити їх вік, датуючи магматичні породи, які розрізаються через осадові породи, або вулканічні шари, що лежать в осадових шарах.
Ізотопне датування порід, або мінералів в них, засноване на тому, що ми знаємо швидкості розпаду певних нестабільних ізотопів елементів і що ці швидкості були постійними протягом геологічного часу. Він також заснований на передумові, що коли атоми елемента розпадаються всередині мінералу або породи, вони залишаються там і не тікають до навколишньої скелі, води чи повітря. Однією з широко використовуваних в геології ізотопних пар є розпад від 40 К до 40 Ar (калій-40 до аргон-40). 40 К - радіоактивний ізотоп калію, який присутній у дуже малих кількостях у всіх мінералах, що містять в них калій. Він має період напіврозпаду 1,3 мільярда років, що означає, що протягом періоду 1.3 Ga одна половина з 40 K атомів в мінералці або гірській породі розпаде до 40 Ar, а протягом наступних 1.3 Ga половина інших атомів розпаде, і так далі (рис.\(\PageIndex{1}\)).
Для того, щоб використовувати техніку датування K-Ar, нам потрібно мати магматичну або метаморфічну породу, яка включає калійносний мінерал. Одним з наочних прикладів є граніт, який зазвичай має деяку кількість калію польового шпату (рис.\(\PageIndex{2}\)). Польовий шпат не має в ньому аргону при утворенні. Згодом 40 К в польовому шпаті розпадається до 40 Ar. Аргон - це газ, і атоми 40 Ar залишаються вбудованими в кристал, якщо гірська порода не піддається впливу високих температур після її утворення. Зразок повинен бути проаналізований за допомогою дуже чутливого мас-спектрометра, який може виявляти відмінності між масами атомів, і тому може розрізняти 40 К і набагато більш рясні 39 К. Біотит і горнбленда також зазвичай використовуються для датування K-Ar.
Важливе припущення, яке ми повинні мати можливість зробити при використанні ізотопного датування, полягає в тому, що при утворенні породи жоден дочірній ізотоп не був присутній (наприклад, 40 Ar у випадку методу K-Ar). Кластична осадова порода складається з старих порід та мінеральних фрагментів, і коли порода утворюється, майже впевнено, що всі фрагменти вже мають дочірні ізотопи в них. Крім того, майже у всіх випадках фрагменти походять з цілого ряду вихідних порід, які утворилися в різний час. Якби ми датували ряд окремих зерен в осадовій породі, ми, швидше за все, отримали б діапазон різних дат, все старше, ніж вік породи. Це може бути корисною інформацією, але вона не надасть точної дати для даної скелі.
Можливо, можна безпосередньо дати деякі хімічні осадові породи ізотопічно, але немає корисних ізотопів, які можна використовувати на старих хімічних осадових породах. Радіовуглецеве датування може бути використано на відкладах або осадових породах, які містять вуглець, але його не можна використовувати на матеріалах старше близько 60 ка.
K-Ar - лише одна з багатьох ізотопних пар, які корисні для датування геологічних матеріалів. Деякі інші важливі пари перераховані в таблиці 8.2, поряд з віковими діапазонами, до яких вони застосовуються, та деякими коментарями щодо їх застосувань. Коли радіометричні методи застосовуються до метаморфічних порід, результати зазвичай говорять нам про дату метаморфізму, а не дату, коли утворилася материнська порода.
| [Пропустити таблицю] | |||
| Ізотопна система | Період напіврозпаду | Корисний діапазон | Коментарі |
|---|---|---|---|
| Калій-аргон | 1.3 Га | 10 Ка до 4,57 Га | Широко застосовується, оскільки більшість порід мають деяку кількість калію |
| Уран-свинець | 4.5 Га | Від 1 травня до 4.57 Га | Гірська порода повинна мати ураноносні мінерали, але більшості їх достатньо. |
| Рубідій-стронцій | 47 Га | 10 травня до 4.57 Га | Менша точність, ніж інші методи на старих датах |
| Вуглець-азот (він же радіовуглецевий датування) | 5 730 років | Від 100 до 60 000 років | Зразок повинен містити деревину, кістки або карбонатні мінерали; може застосовуватися до молодих відкладень |
Припустимо, що кристал польового шпату з граніту, показаного на малюнку,\(\PageIndex{2}\) був проаналізований для 40 К і 40 Ar. Частка 40 К, що залишилася, становить 0,91. Використовуючи криву розпаду, показану на графіку нижче, оцініть вік породи.
Приклад наведено (синім кольором) для пропорції 40 К 0,95, що еквівалентно віку приблизно 96 Ма. Це визначається шляхом проведення горизонтальної лінії від 0,95 до лінії кривої розпаду, а потім вертикальної лінії звідти до осі часу.
Див Додаток 3 для вправ 8.3 відповіді.
Радіовуглецеве датування (з використанням 14 С) може бути застосовано до багатьох геологічних матеріалів, включаючи опади та осадові породи, але матеріали, про які йде мова, повинні бути молодшими за 60 ка. Фрагменти деревини, включені в молоді відкладення, є хорошими кандидатами для датування вуглецю, і ця методика широко використовується в дослідженнях, пов'язаних з пізнім плейстоценовим льодовиками та льодовиковими відкладеннями. Приклад показаний на малюнку\(\PageIndex{5}\); радіовуглецеві дати з фрагментів деревини в льодовикових відкладах були використані для оцінки термінів останнього льодовикового просування вздовж Грузинської протоки. Очевидно, що крижаний фронт головного льодовика, який окупував протоку Джорджія був поблизу від річки Кемпбелл на навколо 35 га, поблизу Нанаймо і Ванкувера в про 25 ка, і досяг області Вікторія навколо 22 га.
За останнє десятиліття спостерігається все більше використання датування U-Pb для вивчення осадових порід, не обов'язково для того, щоб з'ясувати вік породи, а відкрити щось про її історію та походження. Всі уламкові осадові породи містять деякі крихітні класти силікатного мінералу циркону (ZrSiO 4), отриманих в результаті вивітрювання осадових батьківських порід. Циркон завжди має деяку кількість урану в ньому (але немає свинцю), тому він є хорошим кандидатом для датування U-Pb, і не надто важко відокремити зерна циркону від інших зерен у пісковику. Процедура полягає в тому, щоб виділити кілька сотень крихітних цирконів із зразка гірської породи, а потім провести датування U-Pb на кожному з них. Приклад типів отриманих результатів наведено на малюнку\(\PageIndex{6}\). Усі зразки взяті з порід Nanaimo Gp. на острові Ванкувер та сусідньому острові Солт-Спрінг.
Три зразки з острова Ванкувер мають циркони віком близько 90 Ма, 118 Ма та 150 Ма. Зразок острова Солт-Весна має деякі циркони віком близько 150 Ма, але більшість з них набагато старші, на 200 Ма та 340 до 360 Ма. Інтерпретується, що молодші циркони (від 90 до 150 Ма) в основному походять з гранітних порід в узбережжі хребта, тоді як старі (> 200 Ма) - зі старих порід на острові Ванкувер (Хуан, 2018).
Описи зображень
[Повернутися до малюнка\(\PageIndex{1}\)]
Атрибуції ЗМІ
- Малюнки 8.4.1, 8.4.2, 8.4.3, 8.4.4: © Стівен Ерл. КУБ.СМ ПО.
- Малюнок\(\PageIndex{5}\): © Стівен Ерл. КУБ.СМ ПО. З J. Clague, 1976, Quadra Sand і його відношення до пізнього вісконсінського зледеніння південно-східної Британської Колумбії, Кан. Науки про Землю, В.13, стор. 803-815.
- Малюнок\(\PageIndex{6}\) (ліворуч): «Цирконовий мікроскоп» © Chd. КУБ.СМ ПО-СА.
- Малюнок\(\PageIndex{6}\) b: © Стівен Ерл. КУБ.СМ ПО. З даних в Huang, C, 2018, Вдосконалення хроностратиграфії нижньої групи Нанаймо, острів Ванкувер, Канада, використовуючи Detrital Zircon Geochronology, магістерська дисертація, Департамент наук про Землю, Університет Саймона Фрейзера, 74 с.