Изотопные методы датирования в геологии

Изотопные методы датирования геологических пород, также как и радиоуглеродный метод, основаны на способности некоторых изотопов разных элементов (которые в данном случае называют материнскими изотопами) с течением времени постепенно распадаться с образованием стабильных изотопов других элементов (дочерних изотопов). В датировании геологических пород используются различные пары материнских и дочерних изотопов. При датировке же палеоантропологических находок чаще всего упоминаются калий-аргоновый и уран-торий-свинцовые методы со следующими парами изотопов: ⁴⁰K – ⁴⁰Ar, ²³⁸U – ²⁰⁶Pb, ²³⁵U –²⁰⁷Pb, ²³²Th – ²⁰⁸Pb.

Базовые соотношения, связывающие количество материнских и дочерних изотопов с возрастом геологической породы, аналогичны упомянутой ранее зависимости, связывающей начальное и текущее содержание радиоуглерода. Геологи лишь немного модифицировали внешний вид этих соотношений с учетом собственной специфики, но суть их остается прежней – в их основе одно уравнение с двумя неизвестными.

Аналогичны и условия, которые должны соблюдаться, для того, чтобы можно было корректно определить возраст породы. Во-первых, в течение всей своей истории система должна быть замкнутой – в минерале не должно происходить ни выноса, ни привноса как дочерних, так и материнских изотопов. А во-вторых, в момент своего образования минерал не должен содержать атомов дочернего изотопа. Это очень жесткие условия, которые в реальности, мягко говоря, далеко не всегда соблюдаются.

Рис. 130. Обеспечить замкнутость реальной системы очень непросто

Попытки минимизировать возможные ошибки, связанные с нарушением первого условия, сводятся главным образом к использованию для определения абсолютного возраста лишь ограниченной группы минералов – тех, которые, по современным представлениям, считаются в достаточной мере «консервативными» (если так можно выразиться), то есть минералов, которые сохраняют свой состав неизменным, несмотря на потенциально возможные в прошлом внешние воздействия.

Поскольку второе условие соблюдается крайне редко, для минимизации ошибок, связанных с его нарушением, часто применяют специальные методы, в детали которых мы здесь вдаваться не будем, чтобы не отвлекать читателя ненужными деталями. Желающих я могу лишь переадресовать к своей книге «Сенсационная история Земли», где и методы изотопного датирования в геологии, и их реальные погрешности проанализированы более детально. Здесь же перейдем к конкретным методам, упоминаемым в связи с палеоантропологическими находками…

У калий-аргонового метода очень большие проблемы с соблюдением как раз первого условия, ведь аргон – это газ. А обеспечить удержание газа внутри минерала – да еще и на протяжении длительной истории – чрезвычайно сложно. И ни один честный геолог не даст гарантии того, что какой-то конкретный минерал удержал в себе весь радиогенный аргон (то есть аргон, образовавшийся в результате распада радиоактивного изотопа ⁴⁰K). Наоборот, тут как с пресловутыми «законами Мэрфи» – если есть возможность утечки, она обязательно будет. А раз аргон мог покинуть минерал, то и результаты датирования калий-аргоновым методом «в лоб» заведомо будут ошибочными – потеря аргона минералом в ходе своей истории приводит к «омоложению» образца, то есть занижению возраста минерала при датировании.

Но это – применительно к геологии. Для палеоантропологических находок ситуация оказывается вообще катастрофической. Дело в том, что костные останки (которые были найдены не на поверхности, а в каких-то геологических пластах) обнаруживаются лишь в осадочных отложениях, то есть в слоях, достаточно пористых и проницаемых для газов. О какой тогда сохранности радиогенного аргона тут вообще можно говорить?..

Меня вообще, мягко говоря, удивляет упоминание калий-аргонового метода для определения возраста палеоантропологических находок. Если данный метод использовался, то что именно им датировали?.. Датировать им осадочные слои абсолютно некорректно, а в магматических породах (где еще хоть в какой-то степени выполняется условие изолированности системы) никаких находок костных останков не числится – они просто сгорели бы в расплавленной магме.

Рис. 131. В магматических породах нет костных останков

Если же калий-аргоновый метод использовался для определения возраста, допустим, какой-то песчинки, лежавшей рядом с костными останками, то к чему будет относиться этот возраст?.. Очевидно, что ко времени образования самой песчинки, а вовсе не к тому моменту, когда она оказалась рядом с чьими-то останками. А если пытаться применять этот метод к каменным орудиям труда, то он покажет не время их изготовления, а возраст самого камня.

Единственный более-менее корректный вариант – если калий-аргоновый метод применялся для датирования момента образования каких-то магматических пород, имеющих тот же возраст, что и слои, в которых найдены костные останки или орудия труда. Например, осадочные слои образовались примерно в то же время, что и происходило извержение вулкана неподалеку. Но такие случаи уникальны, да и тогда требуется еще доказать, что образование соответствующих геологических слоев было одновременным, чего без датирования каким-то иным методом непосредственно слоев, в которых обнаружены находки, просто невозможно…

Гораздо шире для датирования геологических пород используются уран-торий-свинцовые методы.

Первичные (материнские) изотопы урана и тория (²³⁸U, ²³⁵U и ²³²Th) в процессе радиоактивных превращений образуют длинные цепочки переходящих друг в друга изотопов – радиоактивные ряды распада. Конечными продуктами распада всех трех рядов являются изотопы свинца. Так как геология работает с довольно продолжительными интервалами времени, сравнительно короткоживущими промежуточными членами рядов пренебрегают и рассматривают упрощенные системы со следующими парами материнских и дочерних изотопов: ²³⁸U – ²⁰⁶Pb, ²³⁵U – ²⁰⁷Pb и ²³²Th – ²⁰⁸Pb.

Рис. 132. Цепочка распада ²³⁵U

Поскольку начальное содержание материнских изотопов в датируемых породах не известно, геологам приходится использовать различные специальные методы. В частности, при уран-свинцовом и торий-свинцовом датировании используется метод изохрон, а при свинцово-свинцовом датировании (только по изотопам свинца) – специальные соотношения и таблицы. Их мы тут тоже не будем рассматривать – нам здесь важно будет лишь то, что при определении возраста пород в этом случае используется несколько дополнительных предположений, одно из которых касается изотопов свинца.

Дело в том, что помимо радиогенных изотопов ²⁰⁶Рb, ²⁰⁷Рb и ²⁰⁸Рb в природе существует еще один стабильный изотоп свинца – ²⁰⁴Рb. Концентрация ²⁰⁴Рb не меняется во времени, и его считают нерадиогенным – то есть не образующимся в результате реакций радиоактивного распада в случае урана и тория.

Посмотрим, к каким последствиям приводит это предположение в применении к реальным условиям. Для этого возьмем, скажем, данные (Sun,1980), которые приводятся по соотношениям изотопов свинца для вулканических пород океанических островов в целом ряде учебников по геологии (Рис. 133).

Рис. 133. Соотношения изотопов свинца для вулканических пород океанических островов

Из диаграмм легко увидеть, что для одних и тех же полей вулканических пород (образованных примерно одновременно) разброс отношений изотопов свинца ²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb составляет порядка процента, для ²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb достигает уже трех процентов, а по ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb – всех пяти процентов. Это – реальный естественный разброс отношений изотопов, наблюдаемый в природе. Но это означает и наличие естественного разброса в содержании радиогенных изотопов свинца в породах, имеющих один и тот же возраст. И это то, что задает неустранимую погрешность измерений!.. Причем самую нижнюю ее границу, поскольку любые манипуляции с образцами, любые измерения будут только увеличивать эту погрешность, но никак не уменьшать ее. Вдобавок, если при определении возраста используется формула, где задействованы сразу несколько радиогенных изотопов (как, например, в свинцово-свинцовом методе), то неустранимые погрешности по каждому из них будут только суммироваться, увеличивая общую погрешность (опять же неустранимую!).

А что означает разброс всего в один процент хотя бы для ²⁰⁷Pb, который образуется в результате радиоактивного распада «самого недолговечного») из свинец-образующих материнских изотопов – урана-235, имеющего период полураспада около 700 миллионов лет?.. Этот разброс соответствует погрешности в полтора десятка миллиона лет!.. Соответственно, по другим изотопам – с еще большим исходным разбросом и большим периодом полураспада (²³⁸U и ²³²Th) – погрешность будет существенно больше.

Игнорирование этой «маленькой детали» в виде столь большой абсолютной погрешности приводит порой к весьма курьезным случаям. Так, скажем, один из излюбленных «аргументов» креационистов в споре против оппонентов – так называемое радиоизотопное «датирование» молодых пород, время формирования которых известно.

«Геологи-креационисты опробовали породы, возраст образования которых доподлинно известен. В результате этого по данным радиоизотопного датирования возраст дацитов лавового купола вулкана Сан-Хелен (извержение 1986 года) [гора Святой Елены, США] получился равным 0,34–2,8 млн. лет… а современных лав Новой Зеландии в 1–3,5 млн. лет» (А.Лаломов, «Геологический возраст Земли в свете современного катастрофизма: реальна ли макроэволюция с точки зрения современной геологии?»).

Рис. 134. Исследование лавового купола Святой Елены (США)

Буквально смакуя детали подобных примеров, креационисты «торжествуют свою победу», предъявляя, как они считают, «доказательства несостоятельности» методов радиоизотопного датирования в принципе…

Каким бы парадоксальным это не казалось, но виноваты в подобном «торжестве креационистов» прежде всего сами сторонники радиоизотопных методов, которые, преследуя те или иные цели, искусственно и совершенно неправомерно завышают декларируемую точность этих методов.

Если же учитывать указанную выше реальную погрешность, то ничего удивительного в получении «возраста» в миллионы лет для современных лав нет. Как нет в этом и каких-либо «доказательств» заведомой непригодности метода радиоизотопного датирования. Есть лишь абсолютно некорректная трактовка креационистами эмпирических данных.

Дело в том, что имеется нерушимое правило экспериментальных исследований, о котором уже упоминалось ранее, – измеряемые величины должны превышать значения погрешности измерений. Только тогда их можно считать хоть сколь-нибудь «достоверными» и вообще измеренными.

Отсюда автоматически вытекает, что датирование геологических пород может быть допустимо в принципе только при условии их возраста в десятки миллионов лет и более. Все остальное – это не датирование, а фикция!.. Это могут быть лишь измерения естественных вариаций изотопов, но не более того!.. Получение же каких-либо «датировок» на основе таких измерений – лишь демонстрация полной безграмотности в самой сути эмпирических исследований.

Но…

Вся эволюция человека, по оценкам современных исследователей, укладывается всего лишь в 6-7 миллионов лет. То есть заведомо меньше, чем это требуется для соблюдения вышеуказанного правила эмпирических исследований. Отсюда автоматически следует, что уран-торий-свинцовые методы для датирования палеоантропологических находок просто не годятся – точно так же, как и для датирования современных лав!..

Дата добавления: 2015-04-25