Тоғ жинсларининг ёшини аниқлашда радиологик усуллар

Тоғ жинсларининг ёшини аниқлашда
радиологик усуллар


Юқорида кўриб чиқилганидек, нисбий геохронология тоғ жинсларининг бир-бирига нисбатан ёшини - қайси бирлари кейин ҳосил бўлган ва ёш ҳисобланиши ҳамда қайсилари олдин шаклланган ва қари саналишини аниқлашни кўзда тутади. Нисбий геохронология у-ёки бу геологик таналар шаклланишининг давомийлиги тўғрисида тушунча бермайди, аммо уларнинг ҳосил бўлиши вақти кетма-кетлиги ҳақида тасаввурга эга бўлиш имкониятини яратади.
Ҳозирги пайтда кесмаларни табақалаш ва таққослаш масалаларини ечишда мутлақ геохронология усуллари, яъни геологик вақтни ҳамда тоғ жинслари ва минералларнинг ҳосил бўлиш ва қайта ўзгариш (метаморфизм) вақтини астрономик бирликларда - йилларда ўлчаш тобора кенг қўлланилмоқда.
Мутлақ геохронология тоғ жинсларининг ёшини ва уларнинг ҳосил бўлиш жараёнларининг давомийлигини йилларда, минглаб ва юзлаб миллион йилларда ўлчашни кўзда тутади.
Геологик воқеалар ва объектларнинг ёши радиоактив элементлар ядросининг барқарор парчаланиш тезлигига асосланган радиологик (изотопли) усуллар ёрдамида аниқланади.
Геохронологияда қўлланувчи узоқ яшовчи радиоактив изотоплар бўлиб, калий ⁴⁰К, рубидий ⁸⁷Rb, самарий ¹⁴⁷Sm, торий ²³²Th, уран ²³⁵U, ²³⁸U ҳисобланади. Бунда биз атомларнинг асосий таркиби сифатида электоронларни, протонларни ва нейтронларни кўриб чиқишимиз мумкин.
Ядродаги протонлар сони унинг қайси кимёвий элементга мансублигини билдиради.
Протонлар сони бир хил, аммо нейтронлар сони турлича бўлган атомлар шу кимёвий элементнинг изотоплари дейилади.
Радиоактив изотопларнинг ядроси барқарор эмас. Вақт давомида улар радиоактив парчаланишга учрайди, натижада янги ҳосил бўлган ядрода протонлар ва нейтронлар сони ўзгаради, яъни бошқа кимёвий элементнинг изотопи ҳосил бўлади. Радиоактив изотопларнинг парчаланиши туфайли ҳосил бўлувчи изотоплар радиоген изотоплар дейилади.
Маълумки, кўпчилик кимёвий элементлар бир қанча изотопларга эга. Улар ядросда Д. И. Менделеевнинг даврий системасида элементнинг тартиб рақамига мос келувчи протонлар сонига эга бўлган ҳолда нейтронлар сони бўйича бир-биридан фарқ қилади. Протонлар ва нейтронлар йиғиндиси изотопнинг масса сонини ташкил этади. Қўрғошин учун, масалан, масса сони 204, 206, 207 ва 208 тенг бўлган тўртта изотопи маълум бўлиб, уларнинг ядросида 122, 124, 125 ва 126 нейтрон ва 82 та протон бор. Ҳар бир изотопнинг масса сони индексида кўрсатилади: ²⁰⁴Pb, ²⁰⁶Pb,²⁰⁷Pb, ²⁰⁸Pb.
Турли радиоактив изотоплар турли механизмлар ёрдамида парчаланади. Биз учун β-парчаланиш ва α-парчаланиш жуда муҳим.
β-парчаланишда нейтрон ўзидан негатрон чиқариш орқали протонга айланади. Бунда ядродаги протонлар сони биттага ошади, нейтронларники эса биттага камаяди.
α-парчаланишда иккита протон ва иккита нейтрондан иборат бўлган ядро альфа заррачаларини чиқаради. Бунда ядро массаси 4 бирликка камаяди.
Кимёвий элементларнинг баъзи изтоплари барқарор эмас (радиоактив) ва гамма нурланиш энергиясини чиқариб, парчаланади. Янги ҳосил бўлган заррачалар эса барқарор изотопларга айланади. Парчаланиш тезлиги босим ва ҳарорат таъсирида ўзгармайди, яъни, геологларга табиат инъом қилган радиоактив соатлар ҳеч қандай ташқи омилларга боғлиқ бўлмасдан доимий тезликда юради. Муайян изотопнинг радиоактив парчаланиш тезлиги ё парчаланишнинг константаси X, ёки ярим парчаланиш даври Т - дастлабки изотоп атомларининг ярими парчаланадиган вақт оралиғи орқали ифодаланади.
Радиоактив изотопнинг яримпарчаланиш даври – бу ушбу изотопни ташкил этувчи барча атомлари ярмисининг радиоактив парчаланишга кетган вақтдир. Шундай қилиб, яримпарчаланиш даври – изотопнинг радиоактив парчаланиш тезлиги ўлчовидир. Агар биз кимёвий системада (яъни минерал ёки тоғ жинсида) радиоактив изотоп ва унинг парчаланишидан ҳосил бўлган бошқа изотопнинг нисбатини билсак, бу системанинг ёпилишидан сўнг ўтган вақтни ҳисоблаб топишимиз мумкин.
Радиоактив элементнинг яримпарчаланиш даврини билиш ва махсус асбоб - масс-спектрометр ёрдамида парчаланишдаги дастлабки ва охирги маҳсулотларининг миқдорини аниқлаш орқали геологик объектлар - тоғ жинслари, метеоритлар, минераллар ва бошқаларнинг ёши тўғрисида фикр юритиш мумкин. Ёшни ҳисоблаш учун радиоактив парчаланиш қонунининг қуйидаги тенгламасидан фойдаланилади: N_t = N₍₎e t бунда N_t - дастлабки изотоп атомларининг парчаланмасдан сақланиб қолган сони; N_o - дастлабки изотоп атомларининг бирламчи сони; t - атомларнинг парчаланиш жараёни бошлангандан кейинги ўтган вақт, - ушбу дастлабки изотопнинг парчаланиш константаси; е - натурал логарифм асоси. Бу тенгламадан геологик объектнинг ёшига мос келувчи t вақтни осон аниқлаш мумкин: t = (1/λ)ln (N₀/N_t).
Дастлабки изотоп атомларининг бирламчи сонини аниқ баҳолаш мумкин бўлмаганлиги сабабли ёшни ҳисоблаш учун одатда дастлабки ва кейинги ҳосил бўлган изотоплар миқдорининг нисбатидан фойдаланилади. Вақтнинг бошланғич моменти t = 0 да системада фақат сони N₀ га тенг дастлабки радиоактив атомлар мавжуд бўлади; t йилдан кейин дасталабки атомлардан (М) қолади ва кейин ҳосил бўлган атомлар (D) тўпланади. Демак, М + D = N_o, N_t М ва t = (1/λ)ln(1+D/М).
Ярим парчаланишга тенг вақт ўтгандан сўнг радиоактив атомларнинг сони икки марта камайиб, шу даврда ҳосил бўлган атомлар сонига тенг бўлади, яъни М = D.
Шундай қилиб, кейинги тенгламадан яримпарчаланиш даври Т ва константаси λ орасидаги нисбатдан Т = ln2/λ = 0,693/λ. келтириб чиқарилади. Дастлабки изотопларнинг яримпарчаланиш даврлари орасидаги фарқ давомийлиги бўйича вақт оралиқларининг ёшини аниқлашга имкон беради.
Ҳар бир муайян ҳолда геохронологик тадқиқот усулини танлаш унинг имкониятлари ва камчиликларидан келиб чиқади. Масалан, энг ёш геологик ҳосилаларнинг ёшини аниқлаш учун (2000-60000 йил оралиқда) одатда радиоуглерод усулидан фойдаланилади, Ер ривожланишининг дастлабки босқичлари учун эса Sm-Nd усули қўлланилади.
Радиологик усуллардан амалда фойдаланиш ёши аниқланаётган объект изотоп системасининг бузилишини - маҳсулотларнинг ташқаридан келтирилиши ёки дастлабки изотопларнинг бир қисми ва яримпарчаланиш маҳсулотларининг чиқиб кетишини ҳисобга олиш лозимлиги туфайли иш анча қийинлашади. Бунда ёш бўйича олинган натижалар у-ёки бу томонга анча ўзгариши мумкин.
Геологик вақтни ўлчаш учун энг ишончли бўлиб U-Pb, Rb-Sr ва Sm-Nd усуллари ҳисобланади.