ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ЧАСЫ
Радиоактивные атомы могут быть использованы и для определения возраста горных пород. Геологическими часами является соотношение урана и свинца в урановых рудах.
Природный уран состоит из трёх изотопов с массовыми числами 234, 235 и 238. Уран с массовым числом 234 называется ураном вторым. Он получается из урана первого, массовое число которого 238, в результате ряда превращений, показанных на рисунке 6. Дальнейший распад приводит к образованию устойчивого элемента свинца. Уран-235 (он называется актиноураном) не связан с рядом урана-238, но также в результате ряда превращений переходит в свинец.
В урановой руде содержится 99,28% урана-238, 0,714% урана-235 и 0,006% урана-234. Но это соотношение миллиард лет назад было иным, так как скорости распада урана-235 п урана-238 различны. Образование свинца из урана происходит чрезвычайно медленно, так как периоды полураспада урана-238 и урана-235 очень велики. За 900 миллионов лет количество атомов урана-235 уменьшилось в два раза, а от имевшегося количества урана-238 осталось 86%. За 2 миллиарда лет. количество урана-235 уменьшилось в 4,65 раза, а количество урана-238—в 1,36 раза. Следовательно, один грамм природной смеси урана, находящейся в настоящее время в земной коре, получился из 1,35 грамма урана-238 и 0,03 грамма урана-235.
Накопление свинца в урановой руде подчиняется закону радиоактивного распада. Расчёт показывает, что за один миллион лет из 1 грамма природной смеси изотопов урана образуется 0,000137 2 свинца, а за 10 миллионов лет—0,00136 г свинца. Если учесть изменение соотношения изотопов в смеси с течением времени, то можно рассчитать количество свинца, которое могло образоваться из урана и за более продолжительное время. Можно, очевидно, решить и обратную задачу: определить количества урана и свинца в урановой руде, и по соотношению этих количеств рассчитать время, которое прошло с момента образования руды. В этих рассуждениях предполагается, что весь свинец, который находится в урановой руде, образовался из урана.
Эта интересная задача решается следующим образом.
Кусочек урановой руды растворяется в смеси кислот. Из полученного раствора свинец осаждается химическим путём. Но весь свинец осадить очень трудно. Как же узнать, какое количество свинца было в руде? Для этого приходится использовать меченые атомы. Перед осаждением свинца к раствору урановой руды добавляется ничтожное по весу количество радиоактивного изотопа свинца—радия £>. Радий Ь—продукт распада радия. Он имеет период полураспада, равный 22 годам. Химические свойства радия В и свинца одинаковы. И если из раствора выделяется, допустим, одна двадцатая часть всего имеющегося радия П, то и свинца выделяется такая же часть. Определить относительное количество радия В в растворе и в осадке легко по радиоактивности. Зная соотношение между растворённым и выделенным радием £) и определив количество выделенного свинца, рассчитывают его общее количество, а затем вычисляют время образования уранового минерала. Если этот минерал образовался вместе со всей массой земной коры, то тем самым определяется возраст земной коры. По таким подсчётам возраст земной коры равен приблизительно 2 миллиардам лет.
Определение геологического возраста можно производить не только по свинцу. При переходе урана в свинец в цепи превращений выделяется 8 альфа-частиц, 8 атомов гелия. За один год из одного грамма урана образуется 1,1 • 10“7 кубических миллиметров гелия. Гелий скапливается в урановой руде и может быть из неё извлечён. Определив количество гелия в руде, можно также рассчитать время, прошедшее с момента образования урановой руды. Однако такой расчёт менее точен, чем по свинцу, так как газообразный гелий частично теряется минералами.
Возраст земной коры можно определить и другим путём. Деление урана происходит не только под действием нейтронов, но медленно идёт и самопроизвольно. Это явление было открыто советскими физиками Флеровым и Петержаком. По накоплению продуктов самопроизвольного распада урана можно определить возраст минерала, содержащего уран.
