Вік Землі та методи датування
Креацентр > Статті > Вік Землі та методи датування > Метод радіоактивного датування «під вогнем»

Метод радіоактивного датування «під вогнем»

Сьогодні радіоактивне датування гірських порід Землі, в розумінні багатьох, очевидно, доводить, що вік Землі становить мільярди років. Однак більшість людей не мають особливого уявлення про методи радіоактивного датування. Результати подаються в такій спритній і переконливій формі, особливо в глянцевих журналах і в музейній пропаганді, що нікому і в голову не приходить запитати, як працюють ці методи датування, на яких припущеннях вони засновані та наскільки вони надійні.

Однак ці питання дуже доречні. Відповіді на них не просто повчальні, але вони заперечують твердження еволюційних геологів про те, що вік Землі становить 4,5 мільярди років. Це, у свою чергу, дозволяє доказам молодого віку Землі та Всесвіту1 «свідчити» голосніше на користь біблійної хронології та віку 6000-7000 років, який, зрозуміло, не залишає часу для якого б то не було сценарію «великого вибуху» і еволюції «від молекул до людини».

Нещодавно метод радіоактивного датування, який геологи (і фізики), напевно, вважали найнадійнішим, потрапив під інтенсивний «обстріл». Великою несподіванкою виявився той факт, що атака була почата еволюційним геологом і була опублікована у світському науковому журналі! Але про це трохи пізніше. Спочатку давайте з'ясуймо, як повинні працювати методи радіоактивного датування.

Пояснення радіоактивного датування

Деякі різновиди (ізотопи) «батьківських» елементів, таких як уран, торій, калій і рубідій, є радіоактивними, тому що ядра їхніх атомів нестабільні, що призводить до перегрупування «частинок» ядра з плином часу (переважно нейтронів і протонів). Для досягнення стабільності, деякі «частки» випускаються з атомів, і ці рухомі «частки» і є тією радіоактивністю, яку вимірюють за допомогою лічильників Гейгера та інших приладів. Кінцевим результатом є стабільні атоми «дочірніх» елементів – відповідно, свинець, аргон і стронцій.

Таким чином, першою сходинкою методу радіоактивного датування є вимір кількостей батьківського і дочірнього елементів (ізотопів) у зразку гірської породи шляхом хімічного аналізу. Це робиться в спеціально обладнаних лабораторіях з використанням складних інструментів, що володіють дуже високою точністю, малою похибкою і дають результати, які не викликають особливих сумнівів щодо надійності хімічного аналізу.

Однак проблеми з радіоактивним датуванням гірських порід починаються на стадії інтерпретації результатів хімічних аналізів ізотопів радіоактивних батьків і утворених дочок. У процесі інтерпретації геохронологи повинні зробити три обов'язкових допущення, без яких не можна використовувати радіоактивний «годинник» для «визначення» «віку» гірських порід. Ці припущення такі:

  1. вихідні умови відомі,
  2. система була замкнутою,
  3. швидкість радіоактивного розпаду лишалася незмінною.

Щоб полегшити розуміння цих припущень, найкраще пояснити їх за допомогою аналогії пісочного годинника (див. мал. 1). Дрібні піщинки падають з верхньої частини скляної посудини вниз із постійною швидкістю. У момент часу t = 0 пісочний годинник перевертається догори дном, і весь пісок виявляється нагорі. Очікується, що через 1 годину, тобто до моменту t = 1 все піщинки впадуть у нижню скляну посудину.

Пісочний «годинник» показує нам час, що минув, шляхом порівняння кількості піску у верхній секції («батьківській») з кількістю в нижній секції («дочірній»).

Тепер ми бачимо, що цей «годинник» працює, тому що відомі початкові умови – всі піщинки знаходяться у верхній секції скляного годинника, а в нижній їх немає. Якщо ж у нижній секції пісок є, тоді необхідно знати його кількість, інакше пісочний «годинник» не може «сказати» скільки часу. Точно так же, якщо система перестала бути закритою (наприклад, якщо пісок був якимось чином доданий або вилучений), тоді підрахунок пройденого часу, заснований на порівнянні кількості піску у двох скляних секціях, знову призведе до неправильного висновку. І нарешті, якщо швидкість переходу піщинок з верхньої в нижню секцію змінюється (наприклад, коли через вологу піщинки злипаються в найвужчому місці між секціями), тоді знову піщані годинники будуть показувати неправильний час.

Недоведені допущення

Радіоактивний розпад «батьківських» ізотопів урану, торію, калію і рубідію до «дочірніх» ізотопів свинцю, аргону і стронцію, відповідно, аналогічний нашому пісочному «годиннику» з трьома згаданими припущеннями. Однак можна показати, що в разі радіоактивного «годинника» ці три припущення не тільки неможливо перевірити, але вони й повністю невірні, що робить радіоактивний «годинник» практично марним.

Що стосується початкових умов, то жоден учений не може знати, якими вони були насправді, тому що вчених на планеті Земля не було в момент її формування. Наприклад, кількість дочірнього ізотопу, що виник з батьківського ізотопу в результаті радіоактивного розпаду, невідома, тому що деяка кількість дочірнього ізотопу могла бути присутня разом з батьківським ізотопом під час формування Землі.

В результаті, геохронологи прийняли допущення, що ізотопний склад урану, торію і свинцю деяких метеоритів ідентичний початковому складу цих ізотопів у ранній період формування Землі. Таке припущення було прийняте на основі припущення про те, що ці метеорити є фрагментами іншої планети Сонячної системи, схожої на нашу Землю, яка зруйнувалася в самий ранній період історії сонячної системи. Однак не всі метеорити мають один і той же склад ізотопів урану, торію і свинцю, тому виникає питання: з якого дива у якоїсь обраної групи метеоритів склад повинен вважатися «правильним» і відповідним земному складу в момент її формування, а в іншої «неправильним»?

Більш того, навіть якщо сучасні вчені впевнені в тому, що у них є методи (наприклад, графічні та математичні) для визначення того, скільки дочірнього ізотопу могло бути на початку формування Землі або аналізованої гірської породи, ніхто не може бути впевнений в тому, що «відповіді» вірні, оскільки вчених, здатних спостерігати початкові умови, не було, незважаючи на те, що наукові обчислення могли бути вельми логічними.

Точно так же не можна довести, що ці радіоактивні системи залишалися закритими протягом усіх передбачуваних мільйонів років розпаду і переходу батьківських ізотопів у дочірні. Знову-таки, головна причина цього полягає в тому, що вчений-спостерігач, який би підтвердив, що ці радіоактивні системи повсюдно залишалися закритими протягом всієї історії, був відсутній. Насправді ж, дані свідчать про зовсім протилежне, а саме про те, що ці системи могли бути схильні до всіх мислимих зовнішніх впливів.

Наприклад, відомо, що в природному середовищі уран є досить-таки мобільним елементом, особливо якщо він знаходиться в ґрунтових водах біля поверхні землі. Тому, якщо проба гірської породи, аналізована на предмет ізотопів урану і свинцю, взята з шарів, розташованих близько до поверхні, то припущення про те, що їхня кількість, визначена тільки моментом формування гірської породи та непошкодженим радіоактивним розпадом, є невірним. Деяка кількість урану могла вимиватися з проби гірської породи, що призвело б до завищення віку, визначеного методом радіоактивних «годин». Або уран міг бути частково принесений ґрунтовими водами в пробу, де він відкладається, і таким чином штучно занижував оцінку віку

І справді, геохронологи часто наносять результати хімічного аналізу ізотопів на графіки у вигляді відносин, які нерідко показують, що системи «батько-дочка» не були замкнутими. Більш того, в процесі інтерпретації цих графіків вони стверджують, що здатні оцінити кількісно втрати або збільшення і, таким чином, подолати цю перешкодуі все-таки «прочитати» «радіоактивний годинник». Однак, знову, така інтерпретація не вирішує проблеми порушення умови замкнутості й не може бути доведеною, але попросту приймається на віру, тому що створює видимість, що радіоактивні «годинники» працюють.

Нарешті останнє допущення полягає в тому, що швидкості радіоактивного розпаду залишалися незмінними. Однак, знову ж таки, це припущення неможливо довести, тому що в перебігу історії Землі не було кому проводити виміри швидкості розпаду, регулярно спостерігати і записувати результати.

Геохронологи та фізики особливо люблять заявляти, що швидкості радіоактивного розпаду старанно вимірювалися в лабораторних умовах протягом останніх 80-90 років, і що значних варіацій виявлено не було. Але головне заперечення полягає в тому, що 80-90 років вимірювань екстраполюються назад у часі до моменту виникнення Землі, яке, як вважають еволюціоністи, відбулося 4,5 мільярди років тому. Це – колосальна екстраполяція. Якщо вчені або математики спробували б екстраполювати результати на протязі стількох порядків величини в будь-якій області наукових досліджень, приймаючи припущення про безперервність результатів у такий гігантський період неспостережуваного часу, то колеги їх би просто «освистали». Проте геохронологам дозволено безкарно це робити, тому що дає бажані мільйони й мільярди років, які так потрібні еволюціоністам, і тому, що це дозволяє вважати, що радіоактивні «годинники» працюють!

Отже, ми бачимо, що жодне з цих трьох фундаментальних припущень, без яких не обходиться жоден з радіоактивних методів, не може бути доведене. Більш того, ми також бачимо, що кожне з цих трьох припущень є недійсним, не тільки через відсутність вчених, які б могли спостерігати за подіями з моменту утворення Землі та зареєструвати все, що повсюдно відбувалося з тої пори, але і тому, що ми знаємо, що є спостереження, які суперечать цим допущенням.

Ізохронний метод датування

Крім проблеми початкових умов, головна трудність, з якою стикаються геохронологи, полягає в тому, що геологічні системи завжди відкриті для зовнішніх впливів. Тому аналіз радіоізотопів часто дає результати, якіпоказують втрати чи додавання або батьківського, або дочірнього ізотопу, що завжди викликає підозри, якщо радіоактивний вік визначений тільки один раз. Геохронологи намагаються розв’язати цю проблему шляхом багаторазового визначення радіоактивного віку в групі зразків даної гірської породи в надії вловити закономірність, яка дозволила б обчислити шуканий «правильний» вік.

Якщо такий множинний аналіз різних проб гірської породи і мінералів всередині кожної проби відноситься тільки до одного і того ж геологічного блоку, тоді геохронологи можуть використовувати метод, який називається ізохронним методом визначення віку. Вважається, що цей метод дозволяє обійти деякі найбільш невизначені допущення звичайного методу визначення віку і тим самим підвищує ступінь впевненості в отриманій оцінці «віку». У підсумку, геохронологи віддають перевагу цьому ізохронному методу, який тепер дуже популярний, особливо щодо ізотопних систем рубідію-стронцію, самарію-неодиму та урану-свинцю.

Ізохронний метод працює наступним чином. Якщо акуратно відібрати кілька проб гірської породи з одного геологічного блоку, то можна припустити, що всі проби гірської породи в цьому блоці сформувалися в один і той же час і, отже, мають однаковий вік. Однак з досвіду відомо, що кожна проба гірської породи відрізняється за кількісним вмістом дочірніх і батьківських ізотопів.

Потім будується графік, на якому відкладені значення кількості дочірнього ізотопу проти кількості батьківського ізотопу, тобто ізотопний аналіз кожної проби стає представленим однією точкою на графіку. Нерідко ці точки-значення даних, відкладені на графіку дочірнього ізотопного складу проти батьківського складу, утворюють лінійну безліч, через яку можна провести пряму лінію з великим ступенем наближення точок до лінії, як показано на рисунку 2. Це відбувається тому, що проби з великою кількістю батьківського ізотопу відповідно мають і велику кількість дочірнього ізотопу, а проби з меншою кількістю батьківського ізотопу відповідно мають менші кількості дочірнього ізотопу, допускаючи, звичайно, що весь дочірній ізотоп утворився в результаті радіоактивного розпаду батьківського ізотопу.

Потім ця лінія інтерпретується як наслідок радіоактивного розпаду, так що по ній можна визначити «вік». Оскільки передбачається, що всі ці проби гірської породи сформувалися в один і той же час, тому що вони належать до одного і того ж геологічного блоку, ця лінія називається «ізохрон» (від грецьких isos = однаковий і hronos = час) або лінією однакового віку. Більш того, можна показати математично, що нахил лінії придатний для підрахунку ізохронного «віку» геологічного блоку, з якого взято проби гірської породи.

Цей метод набув популярності, бо він не вимагає припущень або знання вихідних умов батьківського і дочірнього ізотопів. Більш того, оскільки аналітичне обладнання визначає ізотопні відносини, а не абсолютну кількість ізотопів, батьківський та дочірній ізотопи зазвичай представляються як відношення до контрольного ізотопу, чия кількість не піддається впливу радіоактивного розпаду, що гарантує простоту у використанні методу і більшу надійність результатів.

Хоча припущення сталості швидкості розпаду і закритості системи як і раніше необхідні, ізохронний метод має два інших життєво важливих допущення – зразки гірської породи повинні представляти один і той же блок, який сформувався в один і той же геологічний час, а дочірній ізотоп був рівномірно розподілений між усіма зразками в момент формування блоку гірської породи. Через удаваний «успіх» ізохронного методу, він став основою радіоактивного датування у геології в останні роки.

Сумніви в надійності ізохронного методу

Однак саме цей метод ізохронного датування нещодавно зазнав серйозної «атаки». Співробітник геохімічного інституту університету Геттінгена в Німеччині І. Ф. Женг (Y. F. Zheng) написав у міжнародному журналі «Хімічна геологія» (Chemical Geology)2 наступне:

«Рубідієво-стронцієвий (Rb-Sr) ізотопний метод до сих пір був одним з найбільш важливих підходів у ізотопній геохронології. Але в даний час деякі з його головних припущень ставляться під сумнів. У своєму первісному вигляді цей метод брав допущення, що аналізована система має:

  • один і той же вік,
  • одне і те ж відношення 87Sr/86Sr,
  • діяла як замкнута система.

Крім того, характер розташування експериментальних точок відносно прямої лінії на графіку 87Sr/86Sr – 87Rb/86Sr служив перевіркою цих припущень. Однак у міру того, як цей метод поступово застосовували до все більшого діапазону геологічних проблем, незабаром стало ясно, що лінійний зв'язок між відносинами 87Sr/86Sr і 87Rb/86Sr іноді дає аномальний ізохрон, який не має чіткого геологічного сенсу. У літературі було опубліковано кілька аномальних ізохронів і запропоновані нові терміни, такі як видимий ізохрон (Baadsgaardetal., 1976), ізохрон мантії і псевдоізохрон (Brooksetal. 1976 а, b), вторинний ізохрон (Fieldand Ra-Heim, 1980), успадкований ізохрон (Roddick and Compston, 1977), джерельний ізохрон (Compstonand Chappell, 1979), вивержений ізохрон (Betton, 1979, Munksgaard, 1984), змішана лінія (Bell and Powell, 1969, Faure, 1977, Christoph, 1986) і змішаний ізохрон (Zheng, 1986, Qin, 1988). Виявилося, що навіть групу проб, які не мали однакового віку і однакових початкових відносин 87Sr/86Sr можна було підігнати під ізохрон, як, наприклад, у випадку з повітряними ізохронами (Kohlerand Muller-Sohnius, 1980, Haacketal., 1982)».3

Далі він продовжив:

«Очевидно, що теоретична основа класичного ізохрона Rb-Sr тепер піддається перегляду, а також виявляються деякі обмеження його фундаментальних припущень... Частина матеріалу, який містить дана стаття, не є новою для ізотопних геохронологів, але тут вперше все зібрано воєдино, і дані розглядаються в контексті узагальнених моделей рубідієво-стронцієвого датування».4

Однак стаття І. Ф. Женга, насправді, не є першою статтею, в якій проблеми методу ізотопного датування отримали всебічний розгляд і математичну обробку. Насправді, першими, хто повністю виявив проблеми методу ізохронного датування, були вчені-креаціоністи. У серії коротких статей, опублікованих в журналі «Новини біблійної науки» (the Bible-Science Newsletter) у 1981 році, доктор Рассел Арндс (Russell Arndts), професор хімії в Державному університеті Сент Клауд штату Міннесота (St Cloud University), і доктор Вільям Оверн (William Overn), колишній інженер і фізик Національного Управління Аеронавтики і Космосу (NASA), показали, що ізохрони, насправді, часто виникали в результаті змішування радіоізотопів, взятих з джерел різного походження.5 Вони також продемонстрували це на прикладах з геологічної літератури. Їхній висновок був такий:

«Ясно, що змішування матеріалів, які колись існували, породить лінійну безліч ізотопних відносин. Нам не потрібно приймати допущення, що ізотопи, які вважають дочірніми ізотопами, насправді з'явилися в гірській породі в результаті радіоактивного розпаду. Таким чином, допущення величезних вікових груп залишається недоведеним. Прямі лінії, які здавалося, надають сенс радіометричним даними, з легкістю пояснюються простим перемішуванням».6

Далі вони припускають, що концепція змішування матеріалу на великих просторах ймовірно вказує на те, що Земля зазнала широкомасштабне перемішування. Такі процеси, звичайно ж, не завжди мають на увазі фізичне переміщення гірської породи, породоутворювальних компонентів, наприклад, мінеральних зерен або розплавлених матеріалів, але частіше пов'язані з перемішуванням хімічних компонентів потоками рідин, головним чином води, що тече через гірські породи. І. Ф. Женг погоджується з цим у своїй статті, коли говорить про такі геологічні процеси, як гідротермальне модифікування (вплив гарячою водою), метасоматизм і метаморфізм. Два останніх процеси включаютьу себе зміни в гірських породах, викликані рідинами, температурою і тиском. Женг допускає наступне:

«У деяких випадках додавання або втрати Rb і Sr в гірських породах настільни звичайні, що лінійна множина може з'явитися на звичайній ізохронній діаграмі. Помилковий ізохрон виникне в результаті модифікації гірських порід, а оцінки віку і початкових відносин87Sr/86Sr тоді теж виявляться помилковими».7

В кінці своєї статті Женг написав:

«На закінчення треба сказати, що деякі основоположні допущення загальноприйнятого Rb-Sr-ізохронного методу повинні бути змінені, а спостережуваний ізохрон, безумовно, не дає надійну оцінку віку даної геологічної системи, навіть якщо отримана хороша кореляція між експериментальними точками відносин 87Sr/86Sr і 87Rb/86Sr. Цю проблему не можна випускати з уваги, особливо при чисельній оцінці тимчасової шкали. Подібні проблеми можуть виникнути при використанні Sm-Nd і U-Pb ізохронних методів».8

І щоб ще точніше і ясніше висловити ту ж думку, Женг написав у резюме своєї статті наступне:

«Оскільки неможливо розділити справжній і несправжній ізохрони, спираючись тільки на дані ізотопів рубідію та стронцію, необхідно підходити з обережністю при визначенні рубідієво-стронцієвого ізохронного віку будь-якої геологічної системи».9

Важко підшукати більш виразне і повне «руйнування» методу ізохронного датування! Зауважте, що Женг поширює свою критику на традиційний метод урану-свинцю (U-Pb) і, нині модний, ізохронний метод самарію-неодиму (Sm-Nd).

Висновки

Якщо врахувати критику, викладену вище еволюціоністом геохіміком-геохронологом у відкритій науковій літературі, то виникає питання: як скоро геохронологи усього світу візьмуться за ретельний перегляд ізохронного методу і його результатів, отриманих за останні десятиліття? Звичайно ж, відмова від цього методу навряд чи буде схвалена, тому що це буде означати відмову від концепції, яка стала одним з наріжних каменів всього еволюційного розуміння геологічного розвитку Землі з його масштабом у мільйони років.

Проте ця «атака» на радіоактивне датування, розпочата еволюціоністом у відкритій науковій літературі, служить своєчасним нагадуванням про те, що такі методи мають серйозні проблеми. Християни не повинні йти на компроміс з еволюціоністською тимчасовою шкалою, що отримала обґрунтування в помилкових методах датування. Навпаки, ми повинні бути впевнені у 6000-7000-річній хронології, яка дана нам Творцем у Його записаному свідоцтві подій, що відбулися. Більш того, наш Творець дав нам численні наукові докази того, що Його Слово залишається правильним з «самого початку».

 

 

Автор:  Ендрю А. Снеллінг

Джерело: Creation

 

Переклад: Тiга В.                                     

Редактор: Недоступ О.

 

Посилання:

  1. Хамфри, Р., Свидетельства молодости мира, Creation 13(3):28–31, 1991. Назад к тексту.
  2. Zheng, Y.-F., Influences of the nature of the initial Rb-Sr system on isochron validity, Chemical Geology(Isotope Geoscience Section) 80:1–16, 1989. Назад к тексту.
  3. Zheng, Ref. 1, pp. 1–2. The references quoted are:
    • Baadsgaard, H., Lambert, R.st.J. and Krupicka, J., Mineral isotopic age relationships in the polymetamorphic Amitsoq gneisses, Godthaab District, West Greenland, Geochimicael et Cosmochimica Acta40:513–527, 1976.
    • Bell, K. and Powell, J.L., Strontium isotopic studies of alkali rocks: the potassium-rich lavas of the Birunga and Toro-Ankole regions, East and Central Equatorial Africa, Journal of Petrology10:536–572, 1969.
    • Betton, P.J., Isotopic evidence for crustal contamination in the Karroo rhyolites of Swaziland, Earth and Planetary Science Letters45:263-274, 1979.
    • Brooks, C., James, D.E. and Hart, S.R., Ancient lithosphere: its role in young continental volcanism, Science193:1086–1094, 1965.
    • Brooks, C., Hart, S.R., Hofmann, A. and James, D.E., Rb-Sr mantle isochrones from oceanic regions, Earth and Planetary Science Letters32:51–61, 1976.
    • Chrisloph, G., Isochron or mixing line? Proceedings of the 4thWorkshop Meeting on Isotopes in Nature, Leipzig, 197–207, 1986.
    • Compston, W. and Chappell, B.W., Isotope evolution of granitoid source rocks. In: M. W. McElhinny (editor), The Earth: Its Origin, Structure and Evolution, Academic Press, London, 377–426, 1979.
    • Faure, G., Principles of Isotope Geology, Wiley, New York, 1977.
    • Field, D. and Raheim, A., Secondary geological meaningless Rb-Sr isochrones, low 87Sr/86Sr initial ratios and crustal residence times of high-grade gneisses, Lithos13:295–304, 1980.
    • Haack, U., Hoefs, J., and Gohn E., Constraints on the origin of Damaran granites by Rb/Sr and delta18O data, Contributions to Mineralogy and Petrology79:279–289, 1982.
    • Kohler, H. and Muller-Sohnius, D., Rb-Sr systematics on paragneiss series from the Bavarian Moldanubium, Germany, Contributions to Mineralogy and Petrology71:387–392, 1980.
    • Munksgaard, N.C., High delta 18O and possible pre-eruptional Rb-Sr isochrons in cordierite-bearing Neogene volcanics from SE Spain, Contributions to Mineralogy and Petrology84:281–291, 1984.
    • Qin, Z-W., Mix-isochron and its significance in isotopic chronology, Science SinicaB28:97–108, 1988.
    • Roddick, J. C. and Compston, W., Strontium isotopic equilibration: a solution to a paradox, Earth and Planetary Science Letters34:238–246, 1977.
    • Zheng, Y.-F., Crust-mantle Rb-Sr mixing isochron and its geological significance, Terra Cognita6:151 (abstract), 1986.
      Назад к тексту.
  4. Zheng, Ref. 1, p. 2. Назад к тексту.
  5. Arndts, R. and Overn W., Radiometric Dating, Isochrones, and the Mixing model, Bible-Science Newsletter, February, March, April and August, 1981 issues. Назад к тексту.
  6. Arndts, R. and Overn, W., Radiometric Dating, Isochrons, and the Mixing Model, Bible-Science Association, Minneapolis, USA, reprint series, p. 25, 1981. Назад к тексту.
  7. Zheng, Ref. 1, p.13. Назад к тексту.
  8. Zheng, Ref. 1, p.14. Назад к тексту.
  9. Zheng, Ref. 1, p. 1. Назад к тексту.

Написати коментар