Основы 40Ar/39Ar метода датирования
Основа радиоактивных методов датирования проста. В датируемом
образце измеряется соотношение количества радиоактивного
изотопа и продуктов его распада. Это соотношение и есть
радиоактивный возраст образца, который переводится в календарный
по простым формулам. Но имеются две проблемы, которые являются
общими для всех физических методов измерений. Первая проблема
– недостаточная точность измерений количества радиоактивного
изотопа и продуктов его распада на пределе возможности применения
методов датирования. Вторая – наличие помех. Перманентный
процесс минимизации влияния этих проблем на точность и достоверность
результатов радиоактивных методов датирования как раз и
является вектором развития реализующих их технологий.
Подробное описание 40Ar/40Ar метода
датирования и его модификации - аргон/аргон (40Ar/39Ar)
метода, приведено в публикации [6]. Здесь мы изложим только
те сведения, которые необходимы для понимания некоторых
особенностей датирования аргон/аргон ( 40Ar/39Ar)
методом образцов молодых горных пород. 40Ar/40Ar
методом датируются магматические породы. В образце измеряется
количество радиоактивного изотопа 40К и продукта
его распада - 40Ar. Этот аргон, связанный с 40К,
называют радиогенным. Но имеются две помехи – аргон магмы
и атмосферы, в которых тоже содержится изотоп 40Ar.
Первый попадает в образец при его затвердевании при остывании
магмы. Второй – при контакте горной породы с атмосферой.
Влияние этих помех можно минимизировать. Аргон атмосферы
и магмы состоит из трех изотопов 36Ar, 38Ar
и 40Ar, причем их соотношение в аргоне атмосферы
строго постоянно. Если принять, что изотопный состав аргона
магмы идентичен изотопному составу аргона атмосферы, то
суммарное содержание в образце изотопа 40Ar магмы
и атмосферы вычисляется по содержанию в нем изотопа 36Ar.
Вычисленное количество изотопа 40Ar является
оценкой «помехи». Но изотопный состав аргона магмы не идентичен
изотопному составу аргона атмосферы. В аргоне атмосферы
соотношение изотопов 40Ar/36Ar равно
295,5, а в аргоне магмы оно колеблется от 283,5 до 356,6
[6]. Это и есть главная проблема 40Ar/40Ar
метода датирования. В нем невозможно учесть влияние на результаты
датирования различий изотопных соотношений 40Ar/36Ar
в аргоне магмы и атмосферы.
Создание 40Ar/39Ar метода как раз
и являлось очередной минимизацией негативного влияния на
результаты датирования главной проблемы 40Ar/40Ar
метода. Но эта минимизация воспринимается профессиональными
датировщиками, как окончательное решение проблемы. Мы покажем,
что это не так. Проблема всего лишь минимизирована для традиционных
хронологических интервалов применения 40Ar/39Ar
метода – датирования образцов, возраст которых примерно
не менее 1 миллиона лет. Отметим, что вопрос о влиянии аргона
магмы и атмосферы на точность датирования аргон/аргон (
40Ar/39Ar) методом , в просмотренных
нами публикациях, искусственно запутан.
Технологической основой аргон/аргон (40Ar/39Ar)
метода является создание в матрице кристаллов датируемого
образца атомов изотопа 39Ar, количество которых
пропорционально количеству атомов 40К. Это достигается
облучением образца, в результате чего часть атомов 40К
превращается в 39Ar. Оценив относительное содержание
изотопов 39Ar/40Ar в матрице кристаллов,
получают радиоактивный возраст образца. Имеются две технологии
аргон/аргон (40Ar/39Ar) метода. Здесь
рассмотрена только технология датирования методом изохрон.
Датировать молодые горные породы по другой технологии -
методом «плато» (step-wise heating), не представляется возможным.
Это и является «технологическим» определением термина «молодая
горная порода».
Некоторые особенности датирования молодых горны
пород
Мы уже установили (по определению), что главная особенность
датирования молодых горных пород – возможность применения
для этого только метода изохрон. Здесь приведено наше понимание
его физических основ. Рассмотрим случай отсутствия в образце
радиогенного изотопа 40Ar (современный образец). Возможна
ли оценка по этому образцу изотопного соотношения 36Ar/40Ar
аргона магмы? В общем случае нет. Но для образцов горных
пород эта задача вполне решаема. Дело в том, что их пустотное
пространство (от открытых трещин до дефектов решеток кристаллов)
обладает уникальным свойством. Отдельные составляющие пустотного
пространства имеют разную степень запечатанности. Кроме
того, чем меньше суммарный объем отдельных составляющих
пустотного пространства, тем выше степень их запечатанности.
Эти вопросы хорошо изучены в области разработки нефтяных
и газовых месторождений. Если мы будем воздействовать на
образец (нагревать, измельчать или растворять) разрушая
его структуру, в том числе и структуру пустотного пространства,
и при этом перманентно измерять соотношение изотопов 36Ar/40Ar
в выделяющемся аргоне, то получим следующее. На начальных
стадиях процесса соотношение изотопов 36Ar/40Ar аргона будет
близким к их соотношению в аргоне атмосферы (рисунок 1).
Это понятно. При воздействии на образец из него, в первую
очередь, будет выделяться аргон, находящийся в открытых
трещинах и порах. На завершающей стадии воздействия (полное
разрушение образца) соотношение изотопов 36Ar/40Ar в выделяющемся
аргоне будет близким к их соотношению в аргоне магмы. Это
тоже понятно. Последнее поступление аргона при полном разрушении
образца будет из, практически, абсолютно запечатанного пустотного
пространства кристаллов. Таким образом, задача оценки соотношения
изотопов 36Ar/40Ar в аргоне магмы решается элементарно (про
точность измерений мы пока не говорим). Нами рассмотрен
весь процесс воздействия на образец. Но изотопный состав
аргона атмосферы нам известен. Значит, измерения 36Ar/40Ar
в выделяющемся аргоне можно начать с какой-то стадии процесса.
При этом форма кривой изменения соотношения 36Ar/40Ar будет
иметь характерный вид. Она будет близка к наклонной прямой
линии, выполаживающейся на этапе завершения процесса (рисунок
1). Наклон линии определяется величиной соотношения изотопов
36Ar/40Ar в аргоне магмы и в аргоне атмосферы. Но это теоретически.
Практически же на кривой изменения соотношения 36Ar/40Ar
будет присутствовать элементы типа ступенек, которые обусловлены
началом и завершением дегазации разных типов пустотного
пространства образца.
Вышеописанным способом можно оценить и соотношение изотопов
39Ar/40Ar в кристаллической матрице
образца. Для этого необходимо воздействовать на образец,
измеряя соотношение 39Ar/40Ar в выделяющемся
аргоне. Соотношение 39Ar/40Ar на последней
стадии воздействия на него (полное разрушение) как раз и
будет оценкой соотношения 39Ar/40Ar
в области кристаллической матрицы. А это и есть радиоактивный
возраст образца. Предельно просто. Но здесь есть одна тонкость.
Вблизи области полного разрушения образца выделяется мизерное
количество аргона и возникает вторая проблема методов радиоактивного
датирования – проблема точности измерений. Решить эту проблему
можно. Надо выполнить замеры 39Ar/40Ar
в течение всего процесса воздействия на образец, затем аппроксимировать
полученные точки кривой, рассчитанной на основе определенной
закономерности, и выполнить ее экстраполяцию на момент полного
разрушения образца. Но закономерность, на основе которой
изменяется соотношение изотопов 39Ar/40Ar
аргона, выделяющегося при воздействии на конкретный образец,
не известна. Однако выход и здесь есть. Надо эту неизвестную
закономерность линеаризовать, то есть превратить ее в линейную.
Понятно и как это сделать. Надо найти такой показатель скорости
процесса, который превратит неизвестную закономерность изменения
параметра 39Ar/40Ar в линейную.
Рассмотрим случай, когда в образце наряду с радиогенным
изотопом 40Ar присутствует аргон магмы, но отсутствует аргон
атмосферы. При воздействии на образец можно измерять соотношение
изотопов 36Ar/40Ar в выделяющемся
аргоне. Это изменение тоже нелинейное. Но нелинейные изменения
параметров 39Ar/40Ar и 36Ar/40Ar
в аргоне, выделяющемся при воздействии на образец, есть
показатели одного и того же процесса (рисунок 2). А раз
так, то результаты этого процесса можно линеаризовать, приняв
за его скорость по параметру «изменение 36Ar/40Ar»,
параметр «изменение 39Ar/40Ar» и наоборот.
Это гениальное решение. Необходимо только помнить, что оно
основано на допущении: аргон магмы и радиогенный аргон распределены
в разных типах пустотного пространства образца примерно
одинаково. Ключевые слова этого допущения: «в разных типах
пустотного пространства». Однако, на завершающей стадии
процесса воздействия на образец, это допущение некорректно.
На этой стадии из образца выделяется радиогенный аргон,
находящийся в ненарушенных участках решеток кристаллов.
А ненарушенные участки решеток кристаллов не есть пустотное
пространство образца. Некорректность допущения приводит
к системным погрешностям датирования методом изохрон. О
характере погрешностей и их величине ничего определенного
сказать мы не можем, а рассматривать этот вопрос «на пальцах»
не имеет смысла. После того, как проблема линеаризации решена
(считается, что решена), методика датирования образца методом
изохрон проста. Образец нагревают и замеряют соотношение
39Ar/40Ar и 36Ar/40Ar
в выделяющемся аргоне. Результаты замеров наносят на координатную
плоскость Y-( 36Ar/40Ar) – X-( 39Ar/40Ar).
Затем полученные точки аппроксимируют прямой линией и экстраполируют
ее до пересечения с осями Y-( 36Ar/40Ar)
и X-( 39Ar/40Ar). Пересечение линии
с осью Y-( 36Ar/40Ar) дает соотношение
36Ar/40Ar в аргоне магмы, а с осью
X-( 39Ar/40Ar) - радиоактивный возраст
образца.
Способ, минимизации влияния остаточного аргона
атмосферы на точность датирования
Способ, позволяющий минимизировать влияние остаточного аргона
атмосферы на точность датирования образцов молодых горных
пород, предельно прост. Необходимо выполнить анализ массива
точек, полученных по результатам измерения изотопного состава
аргона, выделяющегося в процессе воздействия на образец,
на предмет выявления влияния остаточного аргона атмосферы.
Поисковые признаки этого влияния следующие.
1. Системные отклонения точек, характеризующих результаты
измерений, от общей аппроксимирующей прямой линии.
2. Возможность аппроксимации точек, полученных на завершающих
стадиях наблюдений, прямой линией, отличной от общей аппроксимирующей
прямой.
3. Характерные системные отклонения точек, полученных на
начальных стадиях наблюдений, от общей аппроксимирующей
прямой.
При выявлении признаков влияния остаточного аргона атмосферы
на результаты измерений, можно оценить его пределы по системным
отклонениям точек от прямой, аппроксимирующей результаты
завершающих стадий наблюдений. После того, как пределы влияния
остаточного аргона оценены, все попавшие в них точки исключаются
из рассмотрения. Последующие операции датирования осуществляются
стандартным способом.
В названии способа присутствует термин «минимизация». Это
означает, что на его основе можно учесть не весь негативный
эффект остаточного аргона атмосферы на точность датирования.
Но возможна оценка верхнего предела этого эффекта. Прямая
линия, проведенная через одно из крайних возможных значений
соотношений изотопов 36Ar/40Ar в аргоне магмы (на оси Х
( 36Ar/40Ar)) и последнюю точку измерений, будет характеризовать
один из предельных случаев максимального влияния остаточного
аргона атмосферы на результаты датирования. Пересечение
этой линии с осью Y-( 36Ar/40Ar) даст максимально или минимально
возможный возраст образца при влиянии остаточного аргона
атмосферы. Таким образом, по результатам применения предложенного
способа, мы будем иметь календарный возраст образца, при
минимизированном влиянии остаточного аргона, и максимально
или минимально возможный его возраст при самом неблагоприятном
для датирования соотношении изотопов 36Ar/40Ar в аргоне
магмы и атмосферы.
Формальный анализ результатов датирования события
«извержение Везувия 79 года н.э.» аргон/аргон ( 40Ar/39Ar) методом
аргон/аргон ( 40Ar/39Ar) методом датировались кристаллы
санидина из пепла, относимого к извержению Везувия 79 года н.э.[7]. Датирование выполнено в 1997 году методом изохрон.
Получено, что возраст кристаллов (момент их кристаллизации)
1925 +/- 94 лет. Диаграмма изохрон показана на рисунке 5,
I. Эллипсы на ней отражают результаты измерений соотношения
изотопов аргона, выделявшегося при нагревании образца, и
их погрешности.
Оценку достоверности результатов датирования события «извержение
Везувия 79 года н.э. » [7] можно выполнить на основе предельно
простого критерия: если вся выборка результатов измерений
дает определенный возраст образца, значит, примерно этот
же возраст должна дать и любая ее часть, сформированная
формальным способом. Разделение выборки на части, по принципу
наилучшего их соответствия интерполирующим прямым линиям,
является формальным. На рисунке 5, II выделенные по этому
принципу части выборки обведены эллипсами и обозначены буквами
А, Б и В. Цвет, аппроксимирующих их прямых, соответствует
цвету эллипсов. Возраст санидина по всей выборке – 1925
лет, а по ее частям А, Б и В – соответственно 1328, 2355
и 1501 лет. Формальный вывод однозначен: приведенные в публикации
[7] результаты датирования события «извержение Везувия
79 года н.э. » недостоверны.
На рисунке 5, III показана диаграмма с нанесенными поисковыми
признаками влияния остаточного аргона атмосферы на результаты
измерений. На диаграмме присутствуют все три выделенных
нами поисковых признака. Их номера соответствуют номерам,
под которыми они перечислены в тексте.
Можно сделать четыре однозначных вывода:
- влияние остаточного аргона атмосферы на результаты измерений
есть;
- влияние остаточного аргона атмосферы на результаты измерений
наблюдаются в интервале от 0 до 1,555 по параметру 39Ar/40Ar;
- для корректной оценки возраста датируемого образца следует
исключить из рассмотрения точки интервала от 0 до 1,555
по параметру 39Ar/40Ar;
- пересечение прямой, аппроксимирующей точки интервала от
1,555 до 4,5 по параметру 39Ar/40Ar,
с осью 39Ar/40Ar является радиоактивным
возрастом образца, минимально искаженным влиянием остаточного
аргона атмосферы.
Общие выводы
1. В публикации [7] приведены результаты датирования аргон/аргон
( 40Ar/39Ar) методом события «извержение
Везувия 79 года н.э.» - 72 +/- 94 год н.э., По результатам
формального анализа распределений на диаграмме точек параметров
36Ar/40Ar и 39Ar/40Ar
датируемого образца эта дата признана недостоверной.
2. Корректное датирование события «извержение Везувия 79
года н.э.», выполнено по фактическим данным, приведенным
в публикации [7]. При этом, применен способ минимизации
влияния остаточного аргона атмосферы на результаты датирования.
Установлено, что это событие произошло 1501 год назад. Способ
получения этой цифры не нарушает ни один из принципов 40Ar/39Ar
метода датирования. Максимально возможная погрешность датирования,
относительно даты «1501 год назад», обусловленная неучтенным
влиянием остаточного аргона атмосферы, составляет +530 лет.
Эти цифры определяют хронологические пределы события «извержение
Везувия 79 года н.э.»: 496-1026 годы н.э.(без учета погрешности
измерений) или 402-1120 годы н.э. (с учетом погрешности
измерений +/- 94 лет).
3. Результаты корректного датирования аргон/аргон (
40Ar/39Ar) методом события «извержение
Везувия 79 года н.э.» исключают его отнесение к 79 году
н.э., как это принято в Традиционной Истории.
4. Если событие «извержение Везувия 79 года н.э.» произошло
в 16 веке [3, 5] или даже в начале 17 веке [5] то применять
40Ar/39Ar метод для его датирования
не имеет смысла. Этим методом в принципе невозможно датировать
извержения, которые произошли 350-500 лет назад. Таким образом,
результаты корректного датирования аргон/аргон ( 40Ar/39Ar)
методом события «извержение Везувия 79 года н.э.» не исключают
его отнесение к 16-17 векам.
Источники информации
1. Сайт проекта «Новая Хронология». //chronologia.org
2. Тюрин А.М. Алгоритмы фальсификации и ре-фальсификации результатов
радиоуглеродных датировок /volume3/turin_alg.html Электронный сборник статей “Новая Хронология”. Выпуск 3. /volume3/ Сайт: Новая Хронология. //chronologia.org/
3. Тюрин А.М. Датирование события «Извержение Везувия 79 года»
по археомагнитным данным. /volume4/turin_vez.html
Электронный сборник статей «Новая Хронология». Выпуск 4. /volume4/index.html
Сайт: Новая Хронология. //chronologia.org/
4. Фоменко А.Т. Основания истории. Издательство РИМИС, Москва.
2005. //chronologia.org/xpon1/index.php Сайт проекта
«Новая Хронология». //chronologia.org
5. Фоменко А.Т. Методы. Издательство РИМИС, Москва. 2005.
//chronologia.org/xpon2/index.html Сайт проекта «Новая
Хронология». //chronologia.org
6. Ivanov A.V., Boven A.A., Brandt S.B., Brandt I.S., Rasskazov
S.V. Achievement and Limitation of the K-Ar and 40Ar/39Ar
Methods: What’s in It for Dating the Quaternary Sedimentary
Deposits? International Symposium – Speciation in Ancient
Lakes, SIAL III – Irkutsk, 2002.
http://hbar.phys.msu.ru/gorm/dating/ivanov-et-al-sial.pdf
7. Rennе P.R., Sharp W.D., Deino A.L., Orsi G, Civentta L.
40Ar/39Ar Dating into the Historical Realm: Calibration Against
Pliny the Young. Science. Vol. 277. 1997. http://hbar.phys.msu.ru/gorm/dating/vesuvius.pdf