Методы геофизики. Накопление продуктов радиоактивного распада

Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕФЕРАТ

на тему: «Методы геофизики. Накопление продуктов радиоактивного распада»

Содержание

1. Понятие геологии

2. Количественный метод

3. Накопление продуктов распада

4. Основные типы радиоактивного распада

1. Понятие геологии

геология возраст радиация распад

Геология - это целый комплекс наук о составе, строении и истории развития земной коры и всей Земли с ее различными сферами, вплоть до ионосферы. Истоки геологии уходят в глубокую древность, но впервые термин «геология» ввел Эшольт в 1637 году. В самостоятельную ветвь естественных наук геология превратилась в конце ХVIII - начале ХIХ века, чему в России в значительной степени способствовали труды М.В. Ломоносова. Последний качественный скачок в превращении геологии в комплекс наук естествознания произошел в конце ХIХ - начале ХХ века, когда в описательную качественную науку были введены физико-математические и химические методы исследования. Современная геология включает в себя: стратиграфию (учение о формировании горных пород), тектонику (учение о развитии структуры земной коры и ее изменений под влиянием тектонических движений и деформаций, связанных с развитием Земли в целом), региональную геологию, минералогию (учение о составе, свойствах и условиях образования минералов, нахождении и изменении их в природе), петрографию (наука о горных породах), литологию (науку об осадочных породах), учение о полезных ископаемых и т.д. Геология связана с физикой в основном через промежуточную науку - геофизику, с химией - через геохимию, а также со многими другими науками. Особые отношения геология имеет с техникой, например, со строительной.

Хотя проникновение физики и физических методов исследования в геологию и идет в основном через геофизику, оно также внедряется непосредственно из различных разделов физической науки, например, в связи с проблемой определения возраста различных геологических объектов с помощью явления радиоактивности различных атомных ядер в составе минералов.

2. Количественный метод

Рассмотрим подробнее этот количественный метод, который является основным в геохронологии, т.е. в учении о временной последовательности формирования и возрасте горных пород, образующих земную кору. Он используется в абсолютной геохронологии, где возраст устанавливается в единицах времени (обычно в миллионах лет). Его в начале ХХ века предложил П. Кюри во Франции и Э. Резерфорд в Англии. По идее этих ученых, измерение возраста пород производится по содержанию продуктов распада радиоактивных химических элементов в тех или иных минералах, считая, что распад происходит с постоянной скоростью. В результате распада появляются в конце концов атомы устойчивых изотопов химических элементов, уже не распадающихся, количество которых увеличивается пропорционально времени, т.е. возрасту минерала. Еще предполагается, что отношение массы продукта распада к массе имеющегося в настоящее время радиоактивного химического элемента не изменялось за счет каких-либо других причин, т.е. минерал представляет собой замкнутую систему.

3. Накопление продуктов распада

Накопление продуктов распада со временем выражается формулой:

В = Р(ехрlt - 1), (1)

где В - число атомов нерадиоактивного продукта распада, возникшего за время t, Р - число атомов радиоактивного химического элемента в момент времени наблюдения, l - константа распада, которая показывает, какая часть атомов радиоактивного химического элемента распадается за единицу времени. Из (1) вытекает, что отношение В/Р является функцией времени t, т.е. возраста минерала:

В/Р = ехрlt - 1 или t = (1/l)ln(1 + В/Р).

4. Основные типы радиоактивного распада

Основные типы радиоактивного распада, используемые в этом методе, следующие:

238U ® 206Pb + 8 4Не,

235U ® 207Pb + 7 4Не,

232Th ® 208Рb + 6 4Не,

40К + b ® 40Аr,

87Rb ® 87Sr +b,

187Re ® 187Os +b.

В зависимости от конечных продуктов такие методы называются свинцовыми, гелиевыми, аргоновыми, кальциевыми, стронциевыми и осмиевыми, соответственно. Измерения масс изотопов продуктов распада и исходного химического элемента производится на масс-спектрометре. Таким способом был установлен возраст пород до 3500 миллионов лет, но породы с продолжительностью жизни от 3500 до 4500миллионов лет (предполагаемый возраст Земли) с достоверностью не обнаружены.

Отметим также, что в настоящее время для определения более коротких времен жизни геологических объектов (примерно до 60 тысяч лет) приобрел большое значение радиоуглеродный метод. Он основан на том, что в атмосфере Земли, где содержится много азота, под действием космического излучения идет реакция с космическими нейтронами:

14N + n ® 14С + p.

Вместе с тем, изотоп углерода 14С оказывается радиоактивным, и период полураспада у него более 5700 лет. В земной атмосфере установилось равновесие между синтезом и распадом этого изотопа, так что его содержание в атмосфере постоянно. Растения и животные при их жизни все время обмениваются углеродом с атмосферой, поэтому концентрация в них изотопа 14С также поддерживается на постоянном уровне. В мертвых же организмах обмен с атмосферой прекращается, и концентрация в них изотопа 14С начинает падать по закону радиоактивного распада. Измеряя содержание изотопа 14С с помощью высокочувствительного радиометра, можно установить возраст органических остатков.

В частности, углеродный метод позволил по костям и шкуре мамонта, найденного на Таймыре, установить время его смерти. Оказалось, что она произошла 11000 лет тому назад. Так же были определены время оледенения в Европе и Северной Америке, возраст следов древних человеческих поселений и т.п. В целом радиоуглеродный метод оказался весьма перспективным не только в геологии, но и в археологии.

Возвращаясь к геофизике как главному пути проникновения физических количественных методов исследования в геологию, можно сказать, что в ней преобладают наблюдения за ходом природных процессов, а потом ведется их количественная лабораторная обработка с привлечением всего математического аппарата современной физики. В состав геофизики входит много специальных разделов, которые можно считать уже отдельными науками, например, геомагнетизм, аэрономия - учение о высших слоях атмосферы, метеорология - учение обо всей атмосфере, которая в свою очередь разделяется на несколько отдельных дисциплин: климатологию, океанологию, гидрологию суши, гляциологию (учение о льде), сейсмологию, гравиметрию и т.д.

Геофизика теперь имеет большое применение и в технике - ее типичными прикладными разделами являются разведывательная и промысловая геофизика и т.д. Развитие геофизических дисциплин стимулируется все возрастающими потребностями в прогнозе разных свойств окружающей человека среды: погоды, водного режима, а также в освоении природных богатств и в сознательном регулировании природных процессов на Земле. Очень важны связи геофизики с космическими исследованиями, поскольку космические корабли либо все время движутся в воздушной оболочке Земли, либо ее пересекают в самом начале полета или при возвращении на Землю. И здесь на помощь геофизике со стороны техники приходят новейшие методы электроники, автоматики и компьютеризации для обработки огромного количества результатов наблюдений с все более широким применением математического анализа.

Есть еще два явления, при объяснении которых существенно используется физика и которые имеют большое значение в геологии и Основные типы радиоактивного распада геофизике - земной магнетизм и цвета минералов.

Размещено на Allbest.ru