4.3.1. Рубидий-стронциевый метод датирования

Накопление радиогенного стронция в рубидийсодержащем минерале может быть рассчитано в соответствии с уравнениями (1.24) и (4.3): ⁸⁷Sr = ⁸⁷Sr₀ + ⁸⁷Rb (e^λt - 1). Для датирования используется отношение изотопов ⁸⁷Sr/ ⁸⁶Sr, близких по своему содержанию:

Решение уравнения относительно t дает формулу для расчета возраста:

Возраст, рассчитанный по радиогенным изотопам, носит название изотопного. Его величина соответствует истинному возрасту минерала лишь в том случае, если минерал в течение всего времени существования оставался "закрытой" системой относительно рубидия и стронция, а также если определено первичное отношение (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)₀. Для определения первичного отношения используют метод изохрон (см. разд. 4.1). В этом случае возраст определяют по наклону изохроны. Серии комагматичных пород или сингенетичных минералов одной породы будут давать одну изохрону, если каждый образец имел одно и то же первичное отношение изотопов стронция и после кристаллизации породы оставался закрытой системой относительно рубидия и стронция.

Большой период полураспада ⁸⁷Rb обусловливает медленное накопление радиогенного ⁸⁷Sr, в связи с чем третичные породы являются самыми молодыми, к которым применим метод. Наиболее удобны для анализа образцы с высоким отношением Rb/Sr.

Минералы, используемые для определения возраста рубидий-стронциевым методом, в порядке убывания отношения Rb/Sr располагаются в следующий ряд (Йегер, см.: Изотопная геология, 1984): биотит → фенгит → мусковит → хлорит (возникший из биотита) → калиевый шпат (в котором K/Rb-отношение часто идентично такому отношению в породе в целом). Минералы, в которых концентрируется преимущественно Sr, а не Rb, - плагиоклаз, апатит, флюорит, эпидот, гранат. Следовательно, для определения минимально возможного (третичного) возраста следует использовать лишь биотит и фенгит.

Очень важным является поведение Rb - Sr-системы в процессах метаморфизма, обычно в той или иной степени наложенного на древние изверженные породы. Как показали исследования Э. Йегер, даже при сравнительно низких температурах может происходить

93

Рис. 4.6. Rb - Sr-изохроны для образцов породы в целом и слюд из гранитов Ротонда, Центральные Альпы( Йегер, см.: Изотопная геология, 30 1984)

частичный обмен Sr между минералами. Радиогенный Sr, вынесенный из биотита, обычно не покидает породу, а концентрируется в соседних Са-содержащих минералах (апатитах, плагиоклазах). Поэтому часто возраст, определенный Rb - Sr-методом по породе в целом, оказывается более достоверным, чем по отдельным минералам. При этом рекомендуется объем пробы около 30 кг, что отвечает "закрытой" системе. В качестве примера на рис. 4.6 показаны результаты определения возраста по слюдам и породе в целом для гранитов Ротонда в Центральных Альпах. По породе в целом получена изохрона с возрастом 269±11 млн лет и начальным отношением 0,7105±0,0012. Фенгит возник в процессе лепонтинской фазы альпийского метаморфизма. Его пороговая температура кристаллизации равна 500°С, поэтому он датирует время кульминации метаморфизма (37,2±1,6 млн лет). Пороговая температура кристаллизации биотита ниже (300°C), поэтому он фиксирует время охлаждения породы (15,0±0,6 млн лет). Rb - Sr-метод успешно используется для определения возраста лунных пород, метеоритов, вулканических и плутонических пород, эпох метаморфизма. Существует опыт датирования осадочных толщ по аутигенным глинистым минералам (иллиту, смектитам и др.). По породе в целом осадочные толщи датировать нельзя, так как они могут содержать остаточный стронций в составе обломочной фракции (Кладер, см.: Изотопная геология, 1984).

94