ГлавнаяРассмотрим некоторые тактические свойства отдельных методов определения абсолютного возраста.
Профессор Харлей (Массачусетский институт технологии) в Ежегоднике своей лаборатории за 1970 г. приводит таблицы сравнения рубидий-стронциевых (изохроны по валу и биотит), урано-свинцовых (конкордия) и калий-аргоновых возрастов (биотит) для различных регионов США, Англии, Ирландии, Шпицбергена, Гренландии, Норвегии. Эти данные представлены нами графически на фиг. 2, причем цифры поставлены в порядке возрастающих значений. Мы видим, что кривые Rb-Sr и RT-Pb возрастов (фиг. 2, а) практически неотличимы друг от друга. Между Rb-Sr и K-Ar возрастами (фиг. 2, б) имеют место несколько большие различия, особенно для возрастов старше 400 млн. лет. Очевидно, часть проб относилась к метаморфизованным породам. Тем не менее средние значения возрастов Rb-Sr равны 400, a K-Ar — 395 млн. лет и отличаются друг от друга всего лишь на 1,3%.
Таким образом, можно утверждать, что ни один из рассмотренных методов не может считаться порочным и ни одному из них не может быть приписано исключительное свойство завышать или занижать возраст. По-видимому, компетентный отбор проб, квалифицированное измерение и интерпретация являются основными условиями получения качественной научной информации. Имеются указания на то, что и радиогенные аргон, стронций и свинец в условиях земной коры, где чрезвычайно активным фактором являются сверхкритические растворы — флюиды, насыщающие поры микротрещины и межкристаллитные пространства, характеризуются чрезвычайно близкими значениями энергии активации миграции, равными 20—40 ккал/моль.
В настоящее время привлекает внимание тот факт, что для лунных проб («Луна-16», «Аполлон-11 и «Аполлон-12») свинцовый возраст в среднем составляет 4600, рубидий-стронциевый — 4000, а калий-аргоновый — не более 3500 млн. лет. Лунная поверхность, с которой были взяты пробы, будучи лишена атмосферной защиты, экспонирована корпускулярной иррадиацией солнечным ветром, а также космическими лучами. Основным петрохимическим отличием лунных от земных условий, препятствующим развитию разнообразных процессов дифференциации и сегрегации, является полное отсутствие воды, которая на Земле оказывает нивелирующее действие. Очевидно, в этих условиях газовые свойства 40Ar смогли проявиться более сильно, чем миграционные способности стронция и свинца.Перейдем к рассмотрению вопросов тактики применения указанных методов. Прежде всего отметим, что признаками метаморфического воздействия на радиоактивные балансы можно считать: несоответствие абсолютного возраста и геологической обстановки, расхождение абсолютных возрастов минеральных фракций породы, большая дисперсия возраста, определенных по различным изотопам различными методами.
Применительно к U-Pb и Th-Pb методам Везериллом разработана модель мгновенного эпизодического метаморфического события, дающая возможность по построению «копкордин» (см. фиг. 1) восстановить исходный возраст породы (А) и момент метаморфизма (F). Фигуративные точки В...F характеризуют различные степени выноса радиогепного свинца. Эта модель была обобщена Вассербургом на случай континуальной диффузионной потери радиогенного свинца из системы. В последнем случае точка пересечения F отсутствует, а кривая исходит из начала координат 0 (см. фиг. 1, пунктир), весьма близко подходит к прямой первой модели и пересекает «конкордию» в точке А.
Чрезвычайно приспособлен к исследованию изохимических процессов регионального метаморфизма рубидий-стронциевый метод: наклон изохроны для валовых проб B1-B2 (фиг. 3) характеризует возраст исходных пород. Во время метаморфического события, как показал опыт, между минералами, слагающими породу (например, B1), происходит перераспределение радиогенного 87Sr. Полное его количество в вале B1 осталось неизменным, по минерал M1, обогащенный рубидием, а следовательно и 87Sr, передал часть его минералу M2, обедненному рубидием. Точка M1 опустилась поэтому ниже линии BiB2, а точка M2 поднялась выше нее. При этом отрезок, отсекаемый минеральной изохроной M1M2 на оси ординат, будет характеризовать примесный стронций, аномально обогащенный 87 изотопом. Если предположить, что в процессе метаморфизма произошло полное выравнивание радиогенного стронция между минералами M1M22 породы B1, то наклон изохроны M1M2 будет характеризовать время метаморфизма. Таким образом, различные наклоны изохрон валовых проб и минеральных фракций наряду с повышенным содержанием 87Sr в примесном стронции дают достаточно полную характеристику метаморфического процесса.
К сожалению, метаморфические процессы проходят не изохимично в системе калий-аргон. При вторичной активизации радиогенный аргон теряется минералами-донорами (слюдами, полевым шпатом), имеющими повышенные содержания калия, и либо вовсе не ассимилируется минералами, обедненными калием, либо же сорбируется в неопределенных количествах. Поэтому механическое перенесение построений рубидий-стронциевых изохрон на калий-аргоновый метод не приводит к результатам и приходится прибегать к косвенным аргументам. Приведем несколько примеров. Сланцы Западного Прибайкалья, судя по минеральному составу, кристаллизовались в условиях гранулитовой фации. Однако уже тот факт, что они оказались на уровне современного эрозионного среза вследствие тектонического поднятия, позволяет предсказать в них явления регрессивной метаморфизации, приводящие к неравномерности радиоактивных часов. И действительно, все сланцы дают удивительно единообразный K-Ar возраст — 360—380 млн. лет, в то время как явно вмещенные нефелиновые сиениты дают возраст 480 млн. лет. Фракции сланцев дают возраст (в млн. лет): биотит — 410, амфибол — 367 и немагнитная фракция — 183. Граниты, отобранные из района Слюдянки, дают K-Ar возраст по биотиту 763, а по полевому шпату 496 млн. лет. Их геологическое положение и взаимоотношения позволяют в данном случае предполагать архейский возраст. Перечисленные противоречия заставляют постулировать интенсивный региональный наложенный процесс.В приведенных примерах калий-аргоновый возраст валовых проб близок к возрасту метаморфизма.
Описанные особенности калий-аргонового метода оправдывают постановку следующей проблемы: если даны дискордантные аргон-калиевые отношения двух минеральных фракций породы (фиг. 4, уровни II-II и III —III), возможно ли восстановить исходное отношение в породе (уровень I—I)? Имеются указания, что формальные решения возможны, а результат зависят от степени приближения к реальности эксперимента по определению миграционных свойств радиогенного аргона. С решением этой проблемы ценность калий-аргонового возраста для исследования процессов метаморфизма значительно возросла бы, так как область применения урано-свиицового и рубидий-стронциевого методов значительно уже, чем калий-аргонового.
Дисперсия возрастов. Разброс значений абсолютного возраста одной и той же формации может быть обусловлен рядом обстоятельств: систематической и случайной ошибками измерений, различной интерпретацией данных измерений и т. п. Этих причин мы здесь касаться не будем, а предположим, что измеренная величина отражает истинное материнско-дочернее отношение в пробе. Наиболее часто встречающийся случай — расхождение возраста минералов, слагающих породу. Например, флогопит алданской метасоматической породы дал K-Ar возраст 1840, а плагиоклаз — 1090 млн. лет. Щелочной фельзит из Тувы дал по полевому шпату 500, по рибекиту 462, а по эгирину 1110 млн. лет. Монгольский биотитовый гранит с полевошпатовыми вкрапленниками дал по вкрапленникам 290, а по биотитам 190 млн. лет. Можно было бы предположить, что образование алданской породы длилось 1840—1090=750 млн. лет, промежуток времени между выпадением из расплава (или раствора) эгирина и полевого шпата из фельзита равнялся 1110—500=610 млн. лет, а вкрапленники выпали из расплава на 1000 млн. лет раньше, чем биотит. Такая точка зрения в определенных случаях может быть оправданной, однако возможные термические модели, опирающиеся на реальные значения температуры, температуропроводности и скрытой теплоты, приводят даже для интрузивных тел больших размеров к интервалам времени несоизмеримо меньшим, чем радиологические интервалы. Выстывание дайки мощностью до 1 м могло длиться до месяца, а интрузивного тела мощностью в километры — десятки и сотни тысяч лет, но не более миллиона лет. Метаморфические события, по мнению Саттона, могут быть растянуты на сотни миллионов лет, но они относятся к другому классу явлений. Таким образом, видимо, расхождение абсолютного возраста минеральных фракций является все же чаще всего признаком наложенного процесса или континуальной потери минералами радиогенных веществ.
Необходимо заметить, что скорости остывания разных точек интрузивных тел, по-видимому, резко различаются между собой. Для периферийных частей они наибольшие, что благоприятствует образованию мелкозернистых закалочных структур. Для центральных частей они наименьшие: раскристаллизация, распад твердых растворов происходят полнее. Есть признаки того, что возраст K-Ar валовых проб и некоторых минеральных фракций зависит, в этом смысле, от зональности. Калий-аргоновый возраст центральных частей, как правило, получается ниже, чем периферийных. И здесь, безусловно, трудно предположить, что разность моментов остывания исчисляется радиологическими интервалами времени. Эти явления, безусловно, заслуживают пристального внимания. Вероятно, кристаллизационные формы (например, пертиты) центральных частей интрузий таковы, что не обеспечивают сохранности радиогенного аргона в геологическом времени. Это явление дает повод к возникновению двух одинаковых предосудительных крайностей при интерпретации результатов возрастных определений: первая, индетерминистская тенденция вообще отказывается от выяснения причин дисперсии и переходит вместо геохимического осмысливания к чисто формальной, статистической обработке большого числа измерений. Уместно заметить, что механическое приписывание свойств, например нормального распределения, множеству цифр абсолютного возраста может привести к неясностям. Предположим, что в некоей совокупности имеет место преобладающая тенденция к омоложению возраста (потере аргона). В лунных пробах аргоновый возраст не превышает 3500 млн. лет, при Bb-Sr и U-Pb возрастах — 3000—4600 млн. лет. Какой смысл в этих условиях имело бы среднеарифметическое значение аргонового возраста лунных проб? Ближе к истине, казалось бы, находится максимальное значение аргонового возраста. Даже при обработке большого количества возрастных цифр, как показал Вассербург, в основу должна быть положена стохастическая модель, закономерности которой позволят научно трактовать гистограммы шифр. В принципе стохастическая трактовка проблемы возраста заслуживает пристального внимания.
Вторая крайность заключается в чисто произвольном разбиении растянутого во времени единого процесса на отдельные «фазы», или «этапы», магнетизма, границы которых столь же определенны, как, скажем, граница вечера и ночи, осени и зимы и т. п. В связи со сказанным нельзя обойти молчанием работу Харлея.Из Северных Аппалачей было проанализировано 200 валовых проб, рассеянных по большой площади. То же было проделано с несколько меньшим количеством проб Гуаяны. В общих случаях фигуративные точки на изохронах (фиг. 5) располагались в пределах сектора, ограниченного изохронами 608 и 227 млн. лет (Аппалачи), 3400 и 2700 млн. лет. (Западная Африка). Автор считает, что интервалы 381 и 700 млн. лет соответствуют реальным растянутым эпохам плутонической активности этих регионов. На основе имеющихся материалов мы не в состоянии решить вопрос об альтернативном подходе к проблеме с точки зрения возможных зональностей.