Мы часто слышим от различных СМИ и с просторов интернета о том, что ученые что-то нашли (останки динозавров, древний город, археологические находки) и их довольно уверенное утверждение о том, что находки датируются 1 млн. лет, 40 млн. лет и т.д. С камнями это тоже актуально, наука может определить, когда образовался минерал, в каких условиях и даже что происходило уже после его формирования.
Как же этот возраст определяется? Что такое геологический возраст? Геологи изучают как относительный, так и абсолютный возраст геологических объектов. Этим занимаются такие направления науки о земле, как изотопная геохимия и геохронология.
На основе знаний о периоде полураспада определенных элементов был создан способ определения абсолютного геологического возраста – изотопный метод. Это наиболее точный метод определения возраста геологических объектов и в нашей статье мы подробнее остановимся на нем.
Метод основан на определении возраста за счет известного периода полураспада радиоактивных изотопов химических элементов. Изотопы – это атомы химических элементов, имеющие одинаковое число протонов и электронов, но разное число нейтронов, за счет чего масса разных изотопов отличается. Для получения неискаженных значений возраста изотопная система должна быть замкнута, то есть минерал после своего образования не должен ни терять, ни приобретать элементы, по которым идет анализ периода полураспада. Даже небольшие изменения в концентрации таких элементов в ходе исследований могут привести к смещению возраста на несколько миллионов лет.
Период полураспада – время, в течение которого распадается половина радиоактивных ядер вещества. Скорость распада постоянна и хорошо известна. Разные элементы распадаются с различной скоростью. Распад таких элементов, как уран, торий, калий и некоторых других, происходит очень медленно, на протяжении нескольких млрд лет. Например, любое количество изотопа урана распадается наполовину за 4,51 млрд лет, изотопа тория – за 14,1 млрд лет. На сегодняшний день известно, что возраст Земли составляет около 4,54 млрд лет. Он определен по метеоритам, химический состав которых близок к составу нашей планеты. А возраст Вселенной, согласно модели Лямбда-CDM, использующей в основе уравнения Эйнштейна, оценивается примерно в 13,799 ± 0,021 млрд лет.
В зависимости от конечных продуктов распада выделяют основные методы изотопной геохимии: свинцовый (уран-торий-свинцовый), гелиевый, аргоновый (аргон-калиевый), кальциевый, стронциевый (стронциево-рубидиевый) и рений-осмиевый.
В марте 2023 года стало известно о самой древней находке алмаза в мире. Он был найден в породах кимберлитовой трубки Удачная в Якутии. Возраст, полученный с помощью изотопного датирования включения минерала сульфида железа и никеля, совместно образованного с алмазом, оценивается приблизительно в 3,6 миллиарда лет. Оба включения (алмаз и сульфидный минерал) были обнаружены в оливине из кимберлита, что является единственной находкой включения алмаза в оливине на сегодняшний день. Для получения датировки алмаза использовался рений-осмиевый метод геохронологии. Стоит также отметить, что включение состоит из нескольких генераций сульфидных минералов – пентландита, халькопирита.
.png)
Включения алмаза и сульфида в оливине из кимберлита Удачная (Якутия):
(а) оба включения;
(б) четко выраженная октаэдрическая форма кристалла алмаза;
(в) сульфидное включение с ореолом растрескивания;
(г) частично растворенная поверхность алмаза
(б) четко выраженная октаэдрическая форма кристалла алмаза;
(в) сульфидное включение с ореолом растрескивания;
(г) частично растворенная поверхность алмаза
Древний алмаз исследовали в Институте геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН. По данным ученых, минерал оливин в процессе своего роста “захватил” алмаз размером 0,3 мм. Данный процесс проходил при высоких температурах – более 1400 °C – и давлениях более 54 280 атм. Такие параметры отвечают глубине 180 км, когда температура и давление стали подходящими для роста алмаза. Ученые предполагают, что формирование данного алмаза происходило при температурах на 200-250°C выше, чем образование более поздних алмазов.
Такие находки крайне важны с научной точки зрения, помогая геологам глубоко, в прямом смысле этого слова, исследовать Землю и процессы, происходившие миллиарды лет назад.
Находка данного оливина с включением алмаза дала возможность ученым углубиться в геологическое прошлое алмазов и выдвинуть новые теории, раскрыв новые тайны планеты.
Если мы говорим о том, что это открытие сулит геммологам, то на сегодняшний день установление возраста минералов не может быть рутинной практикой в лаборатории, т.к. для таких исследований используется очень дорогой комплекс оборудования. Кроме того, ценность такого исследования еще не осознана потребителем, и спрос на такие исследования не сформирован. Геммология на протяжении своего развития прошла разные стадии. Сначала важным было уметь диагностировать природность камней; по мере того как стали появляться различные заполнители и методики облагораживания, перед геммологами была поставлена новая задача – уметь выявлять такое облагораживание. Не так давно потребители осознанно стали запрашивать при экспертизе географическое происхождение камня (ориджин), так как на рынке возникло понимание, что камни из того или иного месторождения могут стоить дороже и более ценятся покупателями. Возможно, что настанет день, когда геммологи смогут рутинно определять возраст камней, так как развитие науки будет на новом уровне, и осознанный спрос на такую услугу будет сформирован на рынке. Геммологи и ценители природных камней уже сегодня понимают, что геологический возраст – это то, что отличает их от синтетических аналогов.
Обложка журнала, в котором напечатана научная статья о старейшем алмазе
Читать статью в журнале MDPI: https://www.mdpi.com/2075-163X/13/1/36
09 августа 2023 г.
WHATSAPP