Учёные обнаружили серьёзные ошибки в определении возраста минералов и пород Земли
Новые исследования геологов разных стран показали, что предыдущие измерения возраста пород и минералов при помощи изотопов урана и самария были неверными. Открытия заставляют учёных не только пересчитать возраст Земли, но и пересмотреть многие физические модели.
Геохронология (определение возраста пород и минералов) необходима учёным для понимания временной последовательности процессов, происходивших на Земле. Для датировки событий ранней истории планеты используются изотопы — разновидности одного и того же химического элемента с разным количеством нейтронов в ядре.
Многие изотопы элементов нестабильны: за какой-то определённый для каждого изотопа срок (несколько наносекунд или сотен тысяч лет в зависимости от стабильности изотопа) происходит его распад на более лёгкие элементы. Геохимики определяют возраст пород или минералов, измеряя пропорции радиоактивных изотопов в найденных образцах.
Ранее считалось, что отношение изотопов урана-238 (238U) к урану-235 (235U), равное 137,88, одинаково повсюду. Для подсчёта возраста образца достаточно было установить соотношение этих изотопов урана в породе. Однако недавние исследования специалистов Массачусетского технологического института (MIT) и Британской геологической службы (British Geological Survey) дали новые результаты.
В своей работе, описанной в журнале Science, учёные опираются на высокоточные измерения концентраций изотопов урана в минералах, принадлежащих к различным эпохам и обнаруженных в разных регионах мира, в том числе найденных на дне океана и извлечённых из метеоритов.
Основой исследования стал анализ 45 образцов циркона. Этот минерал был одним из первых, что образовались во время затвердевания и последующего формирования поверхности нашей планеты. Циркон тугоплавок и почти не подвержен процессам выветривания, а благодаря содержащемуся урану отлично подходит для использования в радиометрической датировке. Итогом анализа стало получение нового соотношения изотопов урана 235 и 238, которое, как теперь выясняется, составляет 137,818±0,045.
Новый показатель поможет уточнить возраст образцов, установленный ранее. На первый взгляд, небольшая разница между 137,88 и 138,82 на самом деле может обернуться значительным пересмотром возраста тех или иных пород. Уменьшение возраста будет тем больше, чем старше порода или минерал. Например, для Земли, которой около 4,5 миллиарда лет, это означает "омоложение" на 700 000 лет.
"Открытие позволит не только точнее оценивать возраст образцов, но и преумножит наши знания о многих других процессах и событиях в истории Земли", — считает Блэр Шёне (Blair Schoene), геолог из Принстона.
Пересмотр геохронологических показателей предприняла и другая команда учёных, состоящая из представителей Японии, США и Израиля. Эта группа уточнила скорость полураспада ещё одного изотопа — самария-146 (146Sm). Самарий — тяжёлый блестящий металл, который образуется в звёздах и в чистом виде на Земле не встречается. Изотоп самарий-146 распадается до другого металла неодима-142 (142Nd), который используется для датировки образцов.
Период полураспада самария-146 проверялся четырежды за последние 60 лет, и каждый раз получались разные результаты. Последний раз физики сошлись на показателе 103±5 миллионов лет. Однако учёные подозревали, что и это значение также может оказаться неверным.
На этот раз исследователи получили в реакторе образцы самария-146, отделив его от изобаров — других изотопов с массовым числом 146 при помощи масс-спектрометрии с ускорителем. Измерения были произведены на сверхпроводящем линейном ускорителе ATLAS, расположенном в Аргоннской национальной лаборатории (Argonne National Laboratory).
Полученный показатель периода полураспада составил 68 миллионов лет, то есть приблизительно на 34% меньше, чем считалось ранее. Получается, что предыдущая датировка, основанная на распаде самария-146, допускала отклонения от правильного значения возраста на миллионы лет!
"Изотоп самария имеет настолько важное значения для датировки, что новые данные заставляют нас пересмотреть несколько существующих физических моделей, связанных с эпохой образования Солнечной системы", — подводит итог Филипп Коллон (Philippe Collon), доцент университета Нотр-Дам.
