Общее уравнение радиометрического датирования: $$t=\frac{1}{\lambda }\ln \left(1+\frac{D}{P}\right),$$ где $\lambda$ — константа распада, $D$ — количество дочернего изотопа, $P$ — оставшийся родительский.
Сравнение методов (кратко, по ключевым свойствам)
- C-14 (радиоуглерод)
- Что датирует: органический углерод — древесина, кость, торф, угли, карбонаты с органической составляющей.
- Диапазон: до ≈ $50,000$ лет (практически точен до $\sim 40-50$ тыс. л.); калибровка в календарные годы обязательна.
- Закрывание/чувствительность: чувствителен к примесям современного/древнего углерода, резервуарным эффектам (морская/озёрная вода даёт «старение»); легко «переизменяется» при обмене углеродом или контаминации.
- Лучшие ситуации: молодой органический материал в археологии, палеоэкологии, датирование позднего плейстоцена — голоцена.
- Основные ошибки: контаминация, неправильная калибровка, резервуарный эффект.
- U–Pb (обычно в цирконе, бадделеите, титаните)
- Что датирует: кристаллы минералов, содержащие уран (в основном циркон для магматических событий).
- Диапазон: от нескольких сотен тысяч лет до $4.5$ млрд лет; очень точен для возрастов > $\sim 1$ млн лет.
- Закрывание/чувствительность: в цирконе очень высокая термическая стойкость (эффективно «закрыт» при очень высоких температурах), мало подвержен диффузии — устойчив к последующему нагреву; главные проблемы — наследование (ксенокристаллы) и вынос свинца (Pb‑loss) при дробных метаморфических/гидротермальных событиях.
- Лучшие ситуации: датирование первичной кристаллизации магматических пород, старших метаморфических событий; высокая точность (ID‑TIMS, SHRIMP, LA‑ICP‑MS).
- Основные ошибки: наличие наследственных ядер (становятся старше истинного извержения), Pb‑loss — приводит к занижению возраста; используют диаграммы конкордия/дискордии для интерпретации.
- K–Ar / Ar–Ar
- Что датирует: минералы с калием — мусковит, биотит, ортоклаз, плагиоклаз; также изверженные и метаморфические породы (плагиоклаз, биотит и т. п.).
- Диапазон: полезен от $\sim 10^5$ лет до миллиардов лет; Ar–Ar метод предпочитают из‑за возможности шаго‑нагревов.
- Закрывание/чувствительность: температура закрывания зависит от минерала (примерно для биотита/мусковита $\sim 300^{\circ }\mathrm{C}$–$400^{\circ }\mathrm{C}$, для полевых шпатов выше); легко сбрасывается при термической переработке или гидротермальной активности (аргон выходит), возможен избыток аргона (является причиной «старых» ар‑возрастов).
- Лучшие ситуации: датирование времени охлаждения/кристаллизации вулканитов, возрастов метаморфического остывания, тектонического похолодания; Ar–Ar позволяет выявлять и корректировать частичную потерю Ar (step‑heating, plateau).
- Основные ошибки: аргоновая потеря (младший возраст), избыток Ar (старший возраст), механическое/гидратное перезаряжение.
Как интерпретировать противоречивые возрастные оценки — практические шаги
1. Проверить материал и его геологическую роль:
- Минерал/фрагмент отражает событие кристаллизации, рекристаллизации, охлаждения или биологическое время жизни? Например, циркон = время магмы; мусковит = время охлаждения; древесина = время смерти организма.
2. Сравнить температуры закрывания:
- Если U–Pb (циркон) старше K–Ar (мисковит), обычно циркон фиксирует образование магмы, а K–Ar — позднее охлаждение/метаморфизм.
- Если K–Ar старше U–Pb — возможно избыток Ar в минерале или наследственные компоненты в образце U–Pb.
3. Исключить аналитические/контаминационные проблемы:
- Для C‑14 — проверить возможную современную контаминацию или резервуарный эффект; применить калибровочную кривую.
- Для K–Ar — выполнить Ar–Ar шагонагрев, искать плато; для U–Pb — анализировать конкордию, искать наследственные ядра (LA‑ICP‑MS/CL‑изображения).
4. Применить диаграммы/методы качества:
- U–Pb: конкордия/дискордия, возраст интерцепта; проверять изохрон (если возможно).
- Ar–Ar: спектры шагов, «plateau» и возраст запекаемых шагов; Isochron для K–Ar.
- C‑14: калибровка (IntCal), проверка нескольких образцов из одного горизонта.
5. Интерпретация разногласий по геологическому сценарию:
- Старший U–Pb + младший K–Ar = магматическое образование + последующее охлаждение/метаморфизм.
- Младший U–Pb (в сравнении с полем) = Pb‑loss или повторная кристаллизация/метаморфизм; требуются микроструктурные и изотопные исследования.
- Старший K–Ar = избыток аргона; проверка по Ar–Ar часто решает проблему.
- Несовместимость C‑14 с другими датами = контаминация или резервуар; всегда калибровать и сравнивать с стратиграфией.
Краткие рекомендации при противоречиях
- Выбирать минералы с подходящей температурой закрывания для события, которое вы хотите датировать.
- Использовать множественные методы/минералы и геологические (стратиграфические) ограничения.
- Применять ступенчатые/изохронные методы (Ar–Ar, U–Pb конкордия) для выявления Pb‑loss/Ar‑переизменения.
- Всегда проверять поле/микроструктуру и возможную наследственность/пережог.
Вывод: каждый метод оптимален для своих временных и материальных условий — C‑14 для поздних органических событий (до $\sim 50,000$ л.), U‑Pb (циркон) для первичной кристаллизации/древних событий (от $\sim 10^6$ л. до Га), K‑Ar/Ar‑Ar для охлаждения/вулканических и метаморфических событий (от $\sim 10^5$ л. и старше). Противоречия решают через анализ материала, оценку закрывающих температур, специальные протоколы (step‑heating, concordia) и геологический контекст.