В начале ХХ века Эрнест Резерфорд, открывший и объяснивший радиоактивное превращение химических элементов, предложил метод определения возраста минералов по концентрации в них гелия — продукта радиоактивного распада урана и тория. Метод применяли для богатых ураном минералов, но в 1950-е годы геологи пришли к выводу, что такой способ датирования неточен, поскольку гелий в течение геологического времени теряется и, как следствие, значения возраста оказывались существенно ниже истинных. Но совсем метод забыт не был: в 1980-е годы в США его стали применять для датирования не возраста появления породы, но времени, когда она остыла до температур порядка 70—20°С. Тогда же по концентрации гелия в минералах начали определять время образования гор и скорости их разрушения. И, наконец, в XXI веке геологи вернулись к этому методу прямого определения возраста минералообразования.
Сотрудники Санкт-Петербургского университета совместно с коллегами из Института геологии и геохронологии докембрия РАН (ИГГД РАН) доказали, что по концентрации гелия можно устанавливать время образования платины, золота и пирита. Доказательство основано на открытии высокой сохранности гелия в пирите — спутнике золоторудной минерализации.
Пирит (сульфид железа) — наиболее распространённый сульфидный минерал и встречается в большинстве месторождений золота. Поэтому, определяя содержание в нём гелия, можно быстро и недорого оценить перспективность рудного объекта на обнаружение крупной залежи ценного металла.
Процедура установления возраста породы включает тщательный предварительный минералогический анализ небольшого образца. Затем кусочек минерала помещают в масс-спектрометр, где проводят измерение концентрации гелия, тория и урана. Далее установленный геологический возраст породы сопоставляют с эпохами эволюции Земли и делают вывод о перспективности обнаруженных рудных залежей. Петербургские исследователи для повышения точности метода разработали оригинальный масс-спектрометрический комплекс, с помощью которого можно измерять концентрацию гелия, тория и урана в единичных миллиграммовых зёрнах, причём в одной навеске.
Существующие альтернативные методы датирования минералов — более дорогие и сложные. Например, аргон-аргоновый метод требует поиска ассоциирующих с породой калиевых минералов. Затем такой калиевый минерал облучают потоком нейтронов, после чего он должен «остыть» — короткоживущие радиоактивные элементы распасться. И только тогда можно определить возраст породы. Подобная процедура аргонового датирования требует времени до полугода, тогда как определение возраста по гелию — менее недели.
Другой метод, рений-осмиевый, тоже методически сложнее и требует существенно большего количества материала, чем датировка по гелию, при этом подходящий материал бывает трудно найти на местах геологоразведки.
Разработанный сотрудниками СПбГУ и ИГГД РАН метод датирования был протестирован на месторождениях Урала и Дальнего Востока. На данный момент погрешность определения возраста не превышает 5%, что для рутинного поиска месторождений вполне приемлемо. Ведь рудообразующие и «пустые» этапы гидротермальной деятельности разделяют десятки миллионов лет.
Результаты исследования опубликованы в журналах «Вестник Санкт-Петербургского университета. Науки о Земле», «Geostandards and Geoanalytical Research» и в других, а также представлены руководителем исследований кандидатом геолого-минералогических наук Ольгой Валентиновной Якубович на международной конференции «International Conference on Thermochronology», состоявшейся 3—8 сентября 2023 года.
По информации пресс-службы СПбГУ.
