Сохраняем время с цирконами

ИСТОРИЯ: ДЖОН ВОЛЛИ / УНИВЕРСИТЕТ ВИСКОНСИНА-МЭДИСОНА.

Возраст этого фрагмента кристалла циркона, извлеченного из обнажения в отдаленном районе Джек-Хиллз в Западной Австралии, составляет 4,4 миллиарда лет. Примеси внутри таких кристаллов позволяют ученым определять их возраст и, следовательно, время всех видов геологических событий.

Кристаллы минерала циркона достаточно прочны, чтобы пережить самые жестокие геологические явления. Примеси внутри них представляют собой капсулу времени планетарной истории.

Автор Сайпресс Хансен 14.04.2021

Поддерживайте здравую науку и умные историиПомогите нам сделать научные знания доступными для всех.Пожертвуйте сегодня

Бриллианты, возможно, самые твердые из драгоценных камней, но цирконы долговечны. Эти камни декабря настолько прочны, что представляют собой старейший известный материал на Земле: возраст некоторых цирконов из Австралии составляет более 4 миллиардов лет.

Но цирконы не просто старые. Подобно годичным кольцам, они могут фиксировать время, показывая возраст окружающих их пород и геологические процессы, свидетелями которых они были. Благодаря цирконам исследователи могут рассказывать истории происхождения планет, делать выводы о том, когда континенты поднялись из океанов, и, возможно, даже обнаруживать драгоценные минералы под поверхностью Земли.

«То, что мы знаем о Земле без помощи цирконов, очень и очень мало», — говорит Джесси Рейминк, геолог, изучающий кристаллы в Университете штата Пенсильвания.

Минерал циркон образуется, когда элементы цирконий, кремний и кислород кристаллизуются в магме или метаморфической породе. Со временем повторяющиеся нагревание и охлаждение добавляют к кристаллу внешние слои, подобные последовательным слоям краски. Атомы некоторых элементов, таких как уран, настолько похожи на атомы циркония, что могут занять свое место в кристаллической структуре. Если эти атомы радиоактивны, они будут медленно превращаться в другой элемент — например, в свинец — посредством предсказуемого процесса радиоактивного распада.

Когда это происходит, кристалл становится часами. Например, обжигая кристаллы циркона лазером или растворяя их кислотой, а затем измеряя соотношение урана и свинца, ученые могут с впечатляющей точностью оценить время древних геологических событий.

Циркон «является идеальным минералом для системы распада уран-свинец», говорит Рейминк, «а система распада уран-свинец подобна божьему дару геохронологии».

А поскольку цирконы чрезвычайно устойчивы к плавлению, растрескиванию или эрозии, они позволяют исследователям датировать некоторые из древнейших событий на планете.

«Исследование циркона — это горизонт, на котором мы можем сделать открытия о ранней Земле», — говорит геохимик Бет Энн Белл из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. «Это часть попытки понять, откуда мы пришли».

Кристаллы циркона образуются в магме или метаморфических породах и выращивают новые слои в жидкой или почти жидкой породе. Элементы, имеющие естественную радиоактивную форму, могут включаться в кристаллическую структуру по мере ее роста. Со временем эти элементы, такие как уран, показанный здесь, распадаются на дочерние элементы с предсказуемой скоростью, предоставляя ученым «часы», с помощью которых они могут датировать геологические процессы, происходящие в кристалле циркона.

Цирконы имеют размер примерно с песчинку, и исследователям часто приходится собирать, измельчать и просеивать несколько килограммов породы, чтобы получить образец хорошего размера. Но благодаря усовершенствованной лазерной технологии и более чувствительным аналитическим инструментам датировка циркона становится проще и точнее, а это означает, что ученые могут извлечь больше информации из меньшего количества кристаллов. «Эта область развивается очень быстро», — говорит Мартин Биззарро, планетолог из Копенгагенского университета. «Люди раздвигают границы, чтобы анализировать все меньшие и меньшие образцы с высочайшей точностью».

Вот кое-что из того, что ученые узнают с помощью этих крошечных часов.