ПОЧВОВЕДЕНИЕ. Радиоактивность почв

Радиоактивные методы измерения возраста - урано-свинцовый, калиево-аргоновый, рубидиево-стронцевый, радиоуглеродный

Определение возраста почвообразующих пород и почв с помощью радиоактивных изотопов

Явление естественной радиоактивности используется в геохронологии для определения возраста горных пород и почв. Датирование основано на измерении отношения содержания в образцах отдельных радиоизотопов к содержанию конечных стабильных продуктов их распада или соответствующих радиоактивных и стабильных изотопных аналогов. Значения этих отношений однозначно связаны с возрастом образцов.

Из имеющихся радиоактивных методов измерения возраста (урано-свинцовый, калиево-аргоновый, рубидиево-стронцевый, радиоуглеродный) лишь последний находит применение в определении возраста почв.

Остальные могут быть использованы для датирования почвообразующих горных пород, так как нижнее предельное значение возраста, устанавливаемое этими методами, исчисляется десятками миллионов лет, что на много порядков превышает фактический возраст любой почвы.

Урано-свинцовый метод. В результате радиоактивного распада 23 U, 23 5 U и 232Th образуются конечные стабильные изотопы 206РЬ, 207РЬ, 208РЬ. Отношение содержания любого из исходных нуклидов к содержанию соответствующего стабильного конечного изотопа является функцией возраста образца:

Калиево-аргоновый метод. 40К распадается двумя способами — путем р-распада с образованием стабильного 40Са (постоянная радиоактивного распада А,р = 4,72 • 10 10 год1) и К-захвата с образованием 40Аг А,(:=0,585 , 1010 год1).

Рубидиево-стронциевый метод. При распаде 87Rb образуется 87Sr, что позволяет использовать эту пару изотопов в качестве геохронометра. Период полураспада 87Rb составляет 47 • 109 лет. Определение возраста основано на измерении в образцах содержания 87Rb и 87Sr и расчете их соотношения аналогично другим парам изотопов.

Радиоуглеродный метод. Радиоуглерод 14С образуется в атмосфере под действием нейтронов космического излучения по реакции 14N + п — > 14С + протон. Радиоуглерод в воздухе относительно быстро окисляется до 4С02, который поглощается растениями и ассимилируется ими примерно в том же отношении со стабильным 12С, в котором они находятся в атмосфере. С момента гибели организма концентрация 14С в его останках уменьшается в соответствии с периодом полураспада. На этом и основано определение возраста веществ органического происхождения. Отношение 14С/12С в образце, определяемое по интенсивности бета-излучения 14С, в сравнении с равновесным отношением этих изотопов в современном образце однозначно связано с возрастом.

Максимальное значение возраста, которое можно определить этим методом даже при самых совершенных условиях эксперимента, не выше 70 000 лет; минимальное составляет около 100 лет.

Наилучшая точность достигается при измерении возраста в диапазоне 3000-8000 лет.

Основной источник возможных ошибок метода — это загрязнение образца атмосферным углеродом в процессе его отбора и предварительной подготовки к анализу. Существенную роль может играть также изотопное фракционирование 14С по отношению к 12С в процессах химической обработки образцов (что дает ошибку ±50 лет в определении возраста), а также в процессе фотосинтеза и при разложении растительных остатков в почве в результате жизнедеятельности животных и микроорганизмов.

В частности, 14С как более тяжелый изотоп по сравнению с 12С включается в фотосинтез в меньшем отношении к 12С по сравнению с соотношением этих изотопов в атмосфере. Поэтому при разложении растительных остатков гумус оказывается обедненным радиоуглеродом, что вносит искажение в измеряемый возраст. Постоянство измеренной поправки позволяет принять ее для всех образцов гумуса равной +115 лет, не прибегая каждый раз к дорогостоящим масс-спектрометрическим измерениям.

Возможны и другие ошибки радиоуглеродного метода датирования, обусловленные поступлением в атмосферу больших количеств так называемого радиологически мертвого углерода при сжигании ископаемого топлива — угля, нефти, газа. Загрязнение атмосферы этим углеродом и включение его в процесс фотосинтеза приводит к завышению результатов измерений возраста. Другой источник ошибок связан с поступлением в атмосферу С при испытании термоядерного оружия и загрязнением им анализируемых образцов, что дает ошибку другого знака, т. е. приводит к омоложению образца. Однако указанные ошибки невелики и не приводят к существенному снижению возраста исследуемых образцов.