Изотопная гомогенность Sr в океанах может дать нам возможность использовать наблюдаемое зависящее от времени изменение отношения 87Sr/86Sr для датирования морских карбонатных пород. Фор [30] сделал критический обзор истории этой идеи, но пришел к выводу, что ее применимость для датирования фанерозойских пород ограничивается частыми флуктуациями отношения 87Sr/86Sr на протяжении этой эры. Однако этот метод может быть пригодным для датирования морских карбонатных пород в возрастном интервале от средней юры до плейстоцена вследствие почти монотонного возрастания отношения 87Sr/86Sr в течение этого интервала времени. Очень точно измеренные и стратиграфически хорошо контролируемые отношения 87Sr/86Sr в морских карбонатах третичного возраста были опубликованы Де-Паоло и Ииграмом [6].

Систематические вариации отношения 87Sr/86Sr в океанах, начиная с кембрия, показывают, что перечисленные выше три основных источника Sr в разное время вносили различный вклад в общее количество Sr, поступающее в океаны. В палеозое отношение 87Sr/86Sr в океанах неоднократно колебалось от высокого значения около 0,7091 в позднем кембрии до примерно 0,7068 в поздней перми. После начального возрастания примерно до 0,7077 в среднем триасе отношение вновь упало до 0,7068 в средней и поздней юре и затем увеличивалось в течение мелового и третичного периодов лишь с несколькими незначительными флуктуациями в среднемеловое и раннетретичное время.

Хотя изотопная геохимия Sr в океанах в настоящее время изучена довольно хорошо, причины любых конкретных флуктуации отношения 87Sr/86Sr остаются в значительной степени необъясненными. Армстронг предположил, что отношение 87Sr/86Sr в морской воде могло увеличиваться во время периодов континентального оледенения, которое ускоряет эрозию гранитогнейсов, обнаженных на древних докембрийских щитах. Клауэр из Страсбургского университета, Франция, показал, что отношение 87Sr/86Sr в океанах увеличивалось после периодов горообразования на континентах, предположительно вследствие усиливавшейся эрозии, следовавшей за подъемом. Уменьшение отношения 87Sr/86Sr в течение мезозойской эры было приписано увеличению скорости расширения морского дна и вулканической активности, связанной с раскрытием Атлантического океана и рифтообразованием в Гондване и Пангее. Все эти механизмы, вероятно, вносят свой вклад в вариации отношения 87Sr/86Sr в океанах. Однако крупные и быстрые флуктуации могут происходить только в результате уменьшения вклада Sr из одного источника, совпадающего с увеличением вклада из другого. Другими словами, отношение 87Sr/86Sr в океанах могло уменьшаться только в периоды увеличения притока Sr из мантийных источников и уменьшения вклада коровых источников, и наоборот [22].

Sr в океанах в докембрийское время

Изотопный состав Sr в карбонатных породах, отложившихся в докембрийское время, еще недостаточно изучен в связи с тем, что докембрийские карбонатные породы более редки, чем фанерозойские, а также потому, что химические, минеральные и изотопные составы многих докембрийских карбонатных пород были изменены. Кроме того, докембрийские карбонатные породы представляют значительно более продолжительный интервал времени по сравнению с фанерозойскими, однако их трудно датировать как палеонтологическими методами из-за недостатка руководящих ископаемых, так и изотопными, из-за того что последние обычно неприменимы к карбонатным породам или являются слишком неточными. Даже распознавание морских и неморских осадочных бассейнов в ранние периоды истории Земли затруднено, так как соленость океанов в то время могла быть меньшей, чем сегодня. Имеющиеся данные, что отношения 87Sr/86Sr в позднеархейских карбонатных породах были подобны этим отношениям в мантии. Из этого следует, что изотопная геохимия Sr на поверхности Земли в архейское время была совершенно отличной от той, которая характерна для протерозоя и фанерозоя. Вулканическая активность в архейское время была, вероятно, более интенсивной, и породы, обнажавшиеся на поверхности, обычно были молодыми и могли иметь более низкие отношения Rb/Sr, чем магматические породы, формировавшиеся позднее. Вследствие этого отношения 87Sr/86Sr в поверхностных водах были сходны с существовавшими в то время в мантии. Кроме того, карбонатные породы не встречались еще в изобилии на поверхности Земли и поэтому не могли оказывать такого сдерживающего влияния на флуктуации отношения 87Sr/86Sr в океанах, как в фанерозойское время.

Глобальная стратиграфическая шкала неопротерозоя во все возрастающей степени начинает опираться на данные хемостратиграфии – прежде всего на вариации изотопного состава углерода и стронция в карбонатных осадках. Как правило, хемостратиграфия позволяет дать лишь весьма грубые оценки возраста (в лучшем случае 10-20 млн. лет), однако там, где биостратиграфия теряет свою эффективность и отсутствуют надежные радиологические датировки, она становится едва ли не единственным инструментом определения времени осадконакопления.

В последние десять лет создана значительная база данных и опубликовано несколько вариантов изменения изотопного состава стронция и углерода в осадочных карбонатных породах позднего докембрия, предположительно характеризующих эволюцию этих параметров в Мировом океане.

Первыми опубликовали свою кривую вариаций изотопного состава Sr в воде палеоокеана Вейзер и Компсон в 1976 году. Они продемонстрировали резкое увеличение отношения 87Sr/86Sr в морской воде между 2,5-2,0 млрд. лет. Позднее были получены данные, что в непротерозое (около 900 млн. лет назад) значение 87Sr/86Sr снизилось в ответ, в основном, на гидротермальное событие того времени. Значительное количество новых изотопных данных была получена благодаря Дерри (1989, 1992, 1994), Асмерому (1991), Кауфману [11] и их коллегам. Эта база данных недавно была проверена Якобсеном и Кауфманом на постседиментационные изменения и возрастные ограничения, что должно улучшить кривые для неопротерозой-раннекембрийского этапа геологического времени.

Рис. 8. Стандартная кривая вариаций отношения 87Sr/86Sr в докембрийском океане.

Однако, этот этап разделили на два интервала. Поздний – демонстрирует заметный рост от 0,7066 590 млн. лет назад до 0,7085 на границе докембрия-кембрия. Другой же интервал с 850 до 590 млн. лет назад имеет ряд противоречивых значений изотопного состава Sr [13]. На данном этапе рекомендуется использовать изотопные кривые с минимальными значениями 87Sr/86Sr, потому что в процессе постседиментационной перекристаллизации Sr выносится из карбонатов и тем самым повышается отношение 87Sr/86Sr. В последние пять лет нашей группой исследовано большая группа объектов в южном обрамлении Сибирской платформы, что внесло неоценимый вклад в развитие отечественной изотопной хемостратиграфии.

Заключение

Человечество знает не мало историй победы науки над предрассудками. Вопросы о возрасте Земли возникали с древних времен и только в последнее столетие мы приблизились к ответам. Благодаря гению многих ученых было доказано существование радиоактивности и показана зависимость этого эффекта и возраста горных пород. На границе физики, химии и геологии родились теории и методы, благодаря которым можно заглянуть в прошлое нашей планеты. На основе изотопных данных ученые строят модели движения континентов как в прошлом, так и в будущем, спорят о конвекции в мантии и скоростях осадконакопления.