Как определяют возраст окаменелостей?
Как определить возраст ископаемого? Сколько тысяч или миллионов лет назад жил найденный организм? Как определили, какому периоду принадлежит формация? У геологов и палеонтологов есть два основных метода датирования: относительный и абсолютный. Относительный метод быстрее, но менее точный. При относительной датировке используются уже изученные организмы, породы и формации. Для абсолютной датировки нужна лаборатория, чтобы изучить находку. Зная скорость распада определённых изотопов, и насколько они распались, мы можем достаточно точно определить возраст организма или, что чаще, породы, в которой он был обнаружен.
Относительный метод
Относительный метод датирования используется, когда мы знаем что и где нашли. Например, мы нашли зуб тираннозавра из формации Хелл Крик. Нам не нужна лаборатория для установки точного возраста. Нам известно, когда жил тираннозавр, и какой период охватывает формация Хелл Крик.
Но что делать, если перед нами неисследованные слои горных пород? В этом случае к нам на помощь приходят так называемые индексные окаменелости. Как правило, это специфичные организмы, свойственные только определённому периоду. Их возраст уже определён абсолютным методом. Например, брахиоподы являются ценными индексными окаменелостями. Благодаря этим беспозвоночным мы можем определить не только возраст пород, но и физико-географическую обстановку изучаемой области. Так, найденные в 2014 году на берегу реки Шидерты брахиоподы подсказали исследователям, что возраст пород 345-400 млн лет, а область представляла из себя тёплое море со среднегодовой температурой от +5 до +25 градусов. Соответственно, остатки других организмов, найденные в одном слое с этими брахиоподами, будут также датироваться девонским периодом.
Можно использовать и несколько индексов. Представим, что мы нашли формацию, в которой сохранились уже известные нам брахиоподы, с возрастом 345-400 млн лет. В тех же слоях рядом с брахиоподами мы находим и трилобитов, датируемых 410-390 млн лет назад. Несложная арифметика и мы получаем возраст формации от 400 до 390 млн лет.
Также в относительном методе датирования стоит помнить, что слои накладываются последовательно. Если мы нашли окаменелости, возраст которых знаем, то слой над ними будет моложе, а слой под ним – старше.
Абсолютный метод
Точное определение возраста окаменелостей при абсолютном методе датирования происходит при помощи радиометрии (радиоизотопное датирование). В радиометрии используются различные радиоактивные изотопы, которые работают как часы. Равномерный радиоактивный распад изотопов может помочь нам установить очень точный возраст пород различных геологических эпох. От орудий наших предков до точного возраста самой планеты.
Чаще всего в определении возраста ископаемого нам помогают вулканические породы, которые накладываются слоями. Установив датировки для вулканических слоёв под и над окаменелостью, мы можем указать возраст найденных остатков.
Сложность абсолютного метода в том, что мы не всегда можем найти нужный нам изотоп для той или иной эпохи. Например, когда речь заходит о радиоизотопном методе датирования, первым в голову приходит радиоуглеродный анализ. Но он очень редко используется для датирования окаменелостей, степень его точности хороша для остатков моложе 60 000 лет. За это время изотоп C-14 проходит 10 циклов полураспада и уменьшается в 1000 раз.
Период полураспада — это время, за которое из некоторого количества изотопов распадается половина. Для изотопа C-14 — это 5730 ± 40 лет. То есть за 5730 лет изотоп распадается наполовину, ещё за 5730 лет наполовину распадается оставшаяся его часть и так далее.
Но что делать, если нам нужно установить возраст в миллионы и сотни миллионов лет? Для этого существуют другие методы, в которых используются другие изотопы.
Уран-свинцовый анализ предполагает использование изотопов урана: уран-235 или уран-238. Уран-свинцовый метод один из самых старых и хорошо изученных способов датировать породы возрастом в сотни миллионов и миллиарды лет. Точность данного метода очень велика, для пород возрастом 2 млрд лет погрешность будет ± 2 млн лет (0,1%). Одно из преимуществ данного метода, это большой охват возраста. Полураспад урана-235 с его превращением в свинец-207 имеет период в 700 млн лет, а урана-238 в свинец-206 – 4,5 млрд лет. Иногда используется уран-торий-свинцовый метод с изотопом торий-232. Превращение тория-232 в свинец-208 имеет период в 14 млрд лет.
Свинец-свинцовый анализ изучает наличие трёх изотопов в породах: свинец-206, свинец-207 и свинец-204. Используется данный метод для определения возраста метеоритов и пород, утративших изотопы уран-235 и уран-238. Благодаря свинец-свинцовому методу определили возраст Земли. Соотношение свинца-207 к свинцу-206, как результатов распада урана-235 и урана-238 соответственно, в породах Земли и метеоритах подсказало дату образования планеты. На сегодняшний день самая точная цифра – 4.567.200.000 ± 600.000 лет.
Калий-аргоновый анализ хорош тем, что калий встречается во многих материалах: слюде, глинистых минералах, вулканических осадках, эвапоритах. Из-за длительного периода полураспада, калий-аргоновый метод используется для датировки окаменелостей возрастом более 100 000 лет.
Это далеко не все способы определить возраст находки, как относительные, так и абсолютные. У нас не возникает сложностей, когда требуется датировать окаменелость, вид и место обнаружения которой известны. Сложнее, когда образец утратил или вовсе не имеет точных данных о месте обнаружения. Это относится к старым музейным экспонатам, находкам палеонтологов-любителей или изъятым у чёрных копателей окаменелостям.
Как узнать сколько лет ракушке
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЗРАСТА РАКОВИН МОЛЛЮСКОВ ИЗ МОРСКИХ ОТЛОЖЕНИЙ ОСТРОВОВ ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И КОТЕЛЬНЫЙ МЕТОДОМ ЭПР
Проведены методические исследования и осуществлена попытка электронно-парамагнито-резонансного (ЭПР) датирования раковин моллюсков, отобранных из ряда опорных разновозрастных и комплексно изученных разрезов. Приводятся методические особенности ЭПР датирования плейстоценовых раковин, обсуждаются предварительные результаты.
Использование метода ЭПР для этих целей имеет существенные достоинства: 1) возможность недеструктивных анализов образцов различного состава и генезиса; 2) возможность практически неограниченного числа повторных измерений; 3) минимальная предварительная обработка образцов; 4) незначительная навеска образцов (50-250 мг); 5) разнообразие объектов датирования; 6) широкий возрастной диапазон, охватывающий, по-видимому, весь четвертичный период.
Как известно, метод ЭПР-спектроскопии обеспечивает непосредственную индикацию парамагнитных дефектов кристаллической структуры. В случае природных минералов эти дефекты создаются ионизирующим излучением радиоактивных элементов, входящих в состав минерала и окружающей его среды. Интенсивность наблюдаемого сигнала ЭПР коррелирует с количеством парамагнитных радиационно-индуцируемых дефектов и, следовательно, связана с возрастом минералов. Предполагая уровень радиации постоянным, возраст ( T лет) в простейшем случае может быть рассчитан по формуле
Из множества потенциальных объектов датирования нами выбраны раковины субфоссильных моллюсков, поскольку использование традиционных методов (радиоуглеродного, неравновесного урана, термолюминесцентного) для датирования раковин имеет серьезные ограничения и часто не дает ожидаемых результатов, особенно для периода 0,3-1 млн. лет назад (л.н.).
ОПРЕДЕЛЕНИЕ АККУМУЛИРОВАННОЙ И ГОДИЧНОЙ ДОЗ
Годичная доза в уравнении (1) зависит от времени, поскольку радиоактивные элементы семейства урана, встроенного в структуру раковины в момент ее кристаллизации, распадаются с соответствующими им периодами полураспада. В связи с накоплением дочерних элементов распада урана в раковине происходит непрерывное увеличение мощности внутренней дозы облучения. Этот же факт, а также необходимость раздельной оценки различных компонентов внешнего и внутреннего облучения учитываются при расчете возраста плейстоценовых раковин:
ОБРАБОТКА ОБРАЗЦОВ И ИЗМЕРЕНИЯ
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕСТОНАХОЖДЕНИЙ И ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
ЭПР-методом датировались раковины моллюсков из морских отложений четырех опорных разрезов (обн. 29, 71, 101, 111) с о-ва Октябрьской Революции (Северная Земля) и двух разрезов (обн. 6, 7) с о-ва Котельный (Новосибирские острова). Все разрезы исследовались с помощью комплекса аналитических методов, включая спорово-пыльцевой, макро- и микрофаунистический, диатомовый, минералогический, гранулометрический, радиоуглеродный. Разрез обн. 29 изучался также палеомагнитным методом (рис. 3). Наиболее репрезентативным являлся микрофаунистический метод. Датированию подвергались раковины различных видов моллюсков, отобранные не посредственно из разрезов: как правило, из многолетнемерзлых пород. Полученные даты анализировались и сопоставлялись с результатами определения возраста слоев, установленных с помощью других методов (биостратиграфического, радиоуглеродного и т.п.).
В обн. 7 (датировка 550 тыс. л.н.) встречены также две ассоциации фораминифер, но обе относящиеся к группе «транзитных» и широко представленных в позднекайнозойских отложений Арктики. Однако залегание датированных слоев морских отложений с размывом непосредственно на палеогеновых породах, а также присутствие в них специфического спорово-пыльцевого комплекса с господством древесных берез и большим процентом переотложенной пыльцы палеогеновых растений указывают на то, что эти слои вполне могут быть древнее слоев нижней части разреза обн. 6.
Ассоциация фораминифер из обн. 101 имеет большое сходство с ассоциацией фораминифер из средней части обн. 29 между датировками 170 и 56 и 68 тыс. л.н.
Представленные результаты позволяют сделать следующие предварительные выводы:
1. Стратиграфическая последовательность подразделений, выделенных на геологической и биостратиграфической основе, подтверждается данными ЭПР-датирования.
2. Результаты датирования неоднозначны для различных частей разрезов. Датировки в верхней части разреза от 300 тыс. л.н. и моложе не противоречат нашим представлениям о месте выделенных подразделений в геохронологической шкале.
Несколько иначе обстоит дело с нижней частью разреза. Так, в обн. 6 (о. Котельный) нижняя часть биостратиграфически соответствует верхнему плиоцену Канадской Арктики и Североморского бассейна, т.е. предполагается возраст более 1 млн. лет. Однако по ЭПР получен возраст 420-450 тыс. л.н. Причина такого несоответствия в настоящее время не может быть определена однозначно. В случае правильности результатов ЭПР-датирования возможен вывод о скольжении границ зоны.
3. Метод ЭПР-датирования раковин моллюсков представляется весьма перспективным для решения задач геохронологии четвертичного периода. Анализ полученных результатов свидетельствует о необходимости дальнейшего развития метода, а также детальных физических исследований на базе представительных геологических коллекций широкого возрастного диапазона и различных климатических регионов.
Моисеев Б.М. Палеодозиметрический метод определения возраста месторождений радиоактивных элементов // Докл. АН СССР. 1980. Т. 254, № 5. С. 1227-1229.
Молодьков А.Н. Лабораторный вариант гамма-спектрометра для определения природных радионуклидов в породе // Опыт и методика геохимических и изотопных исследований в Прибалтике и Белоруссии. Таллинн, 1986.
Молодьков А.Н., Хютт Г.И., Кессел Х.Я., Раукас А.В. Методические особенности ЭПР датирования раковин голоценовых субфоссильных моллюсков // Опыт и методика геохимических и изотопных исследований в Прибалтике и Белоруссии. Таллинн, 1986.
Feyling-Hanssen R.W. Foraminiferal zonation of a boring in Quaternary deposits of the Northern North Sea // Bull. Geol. Soc. Denmark. 1982. Vol. 31. P. 29-47.
Hennig G., Grün R. ESR dating in Quaternary geology // Quatern. Sci. Rev. 1983. Vol. 2. P. 157-238.
Hütt G., Molodkov A., Punning J.-M., Pung L. The first experience in ESR dating of fossil shells in Tallinn // PACT. 1983. Vol. 9. P. 433-438.
Hürt G., Molodkov A., Kessel H., Raukas A. ESR dating of subfossil Holocene shells in Estonia // J. Nucl. Tracks. 1985. Vol. 10, N 4/6. P. 891-898.
Molodkov A.. Hütt G. ESR dating of subfossil shells: some refinements // ESR dating and dosimetry. Tokyo : IONICS, 1985. P. 145-155.
