Способы, которые пытаются использовать для определения возраста Земли, включают в себя и метод определения по радиоактивному распаду (спонтанному расщеплению) определенных атомных ядер (нуклидов). Их называют радиометрическими, изотопными или абсолютными методами датировки. Радиоактивный распад подчиняется закону (см рис 8.13)
N(t) = N0 * (1/2)t/T= N0* e-l t (1)
При этом N обозначает имеющуюся к настоящему времени концентрацию радиоактивных (материнских) атомов. Их исходная концентрация к моменту времени t=0, N0 =N(0). Т - это период полураспада, т. е. период, за который распадается половина первоначальных (материнских) атомов, е = 2,71828... - основание натурального логарифма In, (In е = 1). l = (In 2) /Т -это константа распада, скорость или соответственно степень вероятности распада.
Из каждого материнского атома получается при распаде дочерний атом. Отсюда концентрация дочерних атомов на современном этапе D(t):
D(t) = D0 + [N0 - N(t)] = D0 + N(t) • (el t - 1), (2)
где D0 = D(0) дочерних атомов уже имеется в наличии. Наиболее важные реакции распада называются "часами".
Уран/торий-свинцовые часы:
238U -->
206РЬ; Т = 4,470 • 109 лет
235U --> 207РЬ; Т = 0,704 • 109 лет
232U --> 208РЬ; Т = 14,01 • 109 лет
Тот или иной конечный продукт получается сначала в результате множества промежуточных этапов, которые проходят, однако, значительно быстрее, чем первый этап. При а-распаде выделяется ядро атома гелия, при b -распаде - электрон и антинейтрино.
Калиево-аргоновые часы:
40K --> 40Ar; Т = 1,31 • 109 лет
Рубидиево-стронциевые часы:
87Rb --> 87Sr; Т = 48,8 • 109 лет
Радиоуглеродные часы, по сравнению с перечисленными выше часами, рассчитаны на боле короткий срок:
14С --> 14N; Т = 5730 лет
Если допустить, что перед нами замкнутая система, это означает, что после того как осадок литофицировался, из него не исчезли и в него не проникли атомы. Это позволит нам приступить к решению уравнений по вычислению возраста:
t = (T/ln2) • [N0/N(t)] (1)
t = (T/ln2) • (1 + (D(t) – D0)/N(t)] (2)
Т - известно. N(t) и D(t) можно измерить. Для однозначного определения значения I должно быть известно одно из двух начальных значений N0 и D6, а это и представляется невозможным. То есть для определения возраста имеется, по крайней мере, одно неизвестное. Это верно и для тех случаев, когда в нашем распоряжении имеется множество "часов".
Пример: некий минерал содержит 0,013г 238U11 и 0,70г 206Pb и представляет собой закрытую систему. Если минерал изначально не содержал 206РЬ, то его возраст должен быть равен 26,74 • 109 лет. Если возраст минерала равен 4,47 • 109 лет, то он должен изначально содержать 0.689г 206РЬ. Если минерал возник недавно, то он должен был содержать изначально 0,70г 206РЬ. (При этом следует учитывать, что атомы урана и свинца имеют различные массы).
Неопределенность исходных данных приводит к неопределенности результатов. Так, множество различных проб пород лавы с Гавайских островов, возникновение которых документируется 1800-1801 годами, по калиево-аргоновому методу дают возраст 160 • 106 - 2 • 109 лет, в то время как их истинный возраст достигает 166-167 лет.
Смоделированный возраст
Порода сама по себе не может никоим образом указывать неопровержимо на свой возраст. Определенное представление о возрасте можно получить лишь из совокупности данных о характере породы, из стратиграфии (геологического слоя), места ее нахождения в сочетании с геохронологической шкалой. Приведем два примера:
Пример 1. Предположим, что минерал содержит только 206РЬ, но не содержит урана. Согласно этому он должен иметь возраст во множество периодов полураспада (более 10) 238U, т. е. более 45- 109лет. Однако большой возраст должен быть тотчас исключен, если предположить, что 206РЬ содержался в минералах с самого начала или что он был внедрен лишь впоследствии, либо что сначала в минерале присутствовал уран и лишь впоследствии он был оттуда выделен (открытая система).
Пример 2. Другой минерал содержит 238U, но не содержит 206РЬ. Это свидетельствует о том, что проба должна иметь небольшой возраст. И опять-таки в рамках теории исторической геологии более или менее приемлемый возраст доказан быть не может, ведь предполагается, что 206РЬ или другие элементы того же периода распада что и 238U не могли присутствовать при этом, или что уран внедрился в породу лишь недавно.
Неизвестные начальные величины N0 и D0 можно было бы вычислить, если бы был уже известен возраст пород. Приходится довольствоваться тем, что нам предоставлена для определения возраста некая абстрактная модель с ее выдуманной историей происхождения и развития. В каждой подобной абстрактной модели даются абсолютно конкретные представления о возрасте (самый высокий и самый низкий, какой только возможен в геохронологической шкале). Из этой модели изымают величины N0 и D0. Вычисленные значения возраста, совпадающие с заданными параметрами модели, называются возрастом модели.
Имеются и другие методики оценки возраста, которые напрямую не нуждаются в величинах N0 и D0. Такая методика оценки возраста, как, например, изохронная методика, в некоторой степени более сложная, а поэтому мы здесь ее описывать не беремся. Однако, она также страдает от нерешенных проблем и не обходится без абстрактных умозрительных допусков и предположений, так что возраст, вычисленный но изохронной методике, также может считаться смоделированным.
Вероятный возраст
В книге "Геохронологическая шкала" (Кохн и др., 1978) дается расширенное определение этого понятия (с. 26):
"Вероятный возраст - это действительное значение геохронологического возраста, который получен в радиометрической лаборатории в результате проведения стандартных поправок..."
То, что может дать радиометрия, это исключительно "вероятный возраст". К "истинному" или "принятому" он может быть приближен, только если совпадает интервал, предусмотренный положением соответствующего минерала в геологической временной шкале и его стратиграфическим положением. В противном случае результат датирования истолковывается иначе -как "более позднее явление" (например, в случае разогревания породы после ее образования) или как "унаследованный возраст" (часы при образовании породы не были "установлены на ноль"), либо этот результат отбрасывается вовсе (например, если предполагается наличие открытой системы).
По сравнению с данными радиометрии абсолютное предпочтение отдается результатам стратиграфических исследований в сочетании с нормами геохронологической шкалы. Однако если геохронологическая шкала дает возможность сделать вывод о степени достоверности выведенной датировки, то радиометрия в своих исследованиях не способна судить о точности геохронологической шкалы. Числовая система геохронологической шкалы необходима в практике определения датировки, но и ее числовую систему нельзя рассматривать как абсолютную.
Из исследований, проведенных до настоящего времени, стало ясно, что в основе радиометрического способа определения возраста того или иного явления лежит целый ряд предположений, которые не поддаются доказательствам, что, в свою очередь, не дает оснований полученный подобным образом "смоделированный возраст" рассматривать как "абсолютный". Наряду с этим, стали известны многочисленные радиометрические измерения, которые давали возможность получить "смоделированный возраст", но результаты этих измерений не вписывались в рамки геохронологической шкалы, а потому не могли быть признаны. Однако эти существенные недостатки методики в своей совокупности не могут свести на нет тот факт, что в толще геологического пласта наблюдается некая регулярность распределения разных изотопов в различных геологических системах.
Приведенная выше критика ставит радиометрические теории, как таковые, под сомнение, однако, это не дает нам объяснения различного распределения изотопов в той или иной геологической системе. Поэтому какое-либо конструктивное разъяснение явления различного распределения изотопов в породах в период раннего развития Земли в настоящее время должно рассматриваться как одна из нерешенных проблем учения о сотворении, хотя в других областях естественных наук можно найти доказательства более молодого возраста Земли. Приведем четыре примера, иллюстрирующих этот материал.
Рис. 8.13. Закон радиоактивного распада. После первого периода полураспада в наличии остается еще половина первоначального числа материнских атомов, после второго - четверть, после третьего - восьмая часть и т. д. D(t1) - это число распавшихся на момент времени t1 атомов.
