Метод изохронРешить проблемы, связанные с привносом или потерей материнского или дочернего изотопа, помогает метод изохрон. Он работает независимо от изначального количества дочернего изотопа и позволяет установить, был ли в истории объекта обмен веществом с окружающей средой.
Этот метод основан на сравнении данных по разным образцам из одного геологического объекта, которые имеют заведомо одинаковый возраст, но отличаются элементным составом (следовательно, содержанием материнского радионуклида). Изотопный же состав каждого элемента в начальный момент должен быть одинаковым во всех образцах. Также эти образцы должны содержать вместе с дочерним изотопом какой-либо другой изотоп того же элемента. Образцы могут представлять как разные минералы из одного куска горной породы, так и разные части одного геологического тела.
Тогда для каждого образца выполняется:
... формулы смотри здесь -
http://ru.wikipedia.org/wiki/Радиоизотопное_датирование#.D0.9C.D0.B5.D1.82.D0.BE.D0.B4_.D0.B8.D0.B7.D0.BE.D1.85.D1.80.D0.BE.D0.BD
Метод изохрон применяется в разных радиоизотопных методах датировки, таких как рубидий-стронциевый, самарий-неодимовый и уран-свинцовый.
Температура закрытияЕсли минерал, кристаллическая решётка которого не удерживает дочерний нуклид, достаточно сильно разогревается, этот нуклид диффундирует наружу. Таким образом, «радиоизотопные часы» обнуляются: время, прошедшее с этого момента, и получается в результате радиоизотопной датировки. При остывании ниже некоторой температуры диффузия данного нуклида прекращается: минерал становится закрытой системой в отношении этого нуклида. Температура, при которой это происходит, называется температурой закрытия[en].
Температура закрытия сильно отличается для разных минералов и разных рассматриваемых элементов. Например, биотит начинает заметно терять аргон при нагреве до 280±40 °C, а циркон теряет свинец при температурах >750 °C[4].
Методы радиоизотопного датированияИспользуются разные радиоизотопные методы, которые годятся для разных материалов, разных интервалов возраста и имеют разную точность.
Уран-свинцовый методОсновная статья: Уран-свинцовый метод
Уран-свинцовый метод — один из самых старых и хорошо разработанных способов радиоизотопного датирования и, при хорошем исполнении, самый надёжный метод для образцов с возрастом порядка сотен миллионов лет. При таком возрасте достижима точность порядка 0,1 %[5]. Позволяет датировать даже образцы, близкие по возрасту к Земле, вследствие большого периода полураспада используемых изотопов урана. Большая надёжность и точность достигается благодаря тому, что используются два изотопа урана, цепочки распада которых кончаются разными изотопами свинца, а также благодаря некоторым свойствам циркона — минерала, обычно используемого для уран-свинцовых датировок.
Используются следующие превращения:
238U → 206Pb с периодом полураспада 4,47 млрд лет (ряд радия — см. Радиоактивные ряды),
235U → 207Pb с периодом полураспада 704 млн лет (ряд актиния).
Иногда в дополнение к ним используют распад тория-232 (уран-торий-свинцовый метод):
232Th → 208Pb с периодом полураспада 14,01 млрд лет (ряд тория).
Все эти превращения идут во много стадий, но промежуточные нуклиды распадаются намного быстрее материнских.
Чаще всего для датировок уран-свинцовым методом используют циркон (ZrSiO4); в некоторых случаях — монацит, уранинит, титанит, бадделеит[6], цирконолит (CaZrTi2O7)[7] и даже кальцит и арагонит[8][9]. Циркон имеет большую прочность, стойкость к химическим воздействиям, высокую температуру закрытия и широко распространён в извержённых породах. В его кристаллическую решётку легко встраивается уран и не встраивается свинец, поэтому весь свинец в составе циркона обычно можно считать радиогенным[7]. В случае надобности количество нерадиогенного свинца можно рассчитать по количеству свинца-204, который не образуется при распаде данных изотопов урана[10].
Использование двух изотопов урана, распадающихся до разных изотопов свинца, даёт возможность определить возраст объекта даже в случае потери им некоторой части свинца (например, вследствие метаморфизма). Кроме того, можно определить возраст этого события метаморфизма.
Свинец-свинцовый методСвинец-свинцовый метод обычно используется для определения возраста образцов, состоящих из смеси минералов (его преимущество в таких случаях перед уран-свинцовым методом связано с высокой подвижностью урана). Этот метод хорошо подходит для датировки метеоритов, а также земных пород, испытавших недавнюю потерю урана. Он основан на измерении содержания 3 изотопов свинца: 206Pb (образуется при распаде 238U), 207Pb (образуется при распаде 235U) и 204Pb (нерадиогенный).
Изменение со временем соотношения концентраций изотопов свинца выводится из следующих уравнений:
... формулы смотри здесь -
http://ru.wikipedia.org/wiki/Радиоизотопное_датирование#.D0.9C.D0.B5.D1.82.D0.BE.D0.B4_.D0.B8.D0.B7.D0.BE.D1.85.D1.80.D0.BE.D0.BD
Свинец-свинцовым методом было определено время формирования планет Солнечной системы (то есть возраст Земли). Это впервые сделал Клэр Кэмерон Паттерсон в 1956 году по исследованиям метеоритов разных типов. Поскольку они представляют собой осколки планетезималей, которые прошли гравитационную дифференциацию, разные метеориты имеют разное значение U/Pb, что позволяет построить изохрону. Оказалось, что на эту изохрону ложится и точка, представляющая среднее соотношение изотопов свинца для Земли. Современное значение возраста Земли — 4,54 ± 0,05 млрд лет[9].