İzotopik Arkadaş Hakkında: Jeolojik Zaman için Yardsticks

İşi jeologlar Dünya tarihinin gerçek öyküsünü anlatmaktır - daha doğrusu, Dünya tarihinin her zaman daha gerçekçi bir hikayesini anlatmaktır. Yüz yıl önce, hikayenin uzunluğu hakkında çok az fikrimiz vardı - zaman için iyi bir ölçütümüz yoktu. Bugün, izotopik tarihleme yöntemlerinin yardımıyla, kayaların yaşlarını neredeyse belirleyebilir ve kayaları kendileri haritalayabiliriz. Bunun için geçen yüzyılın başında keşfedilen radyoaktiviteye teşekkür edebiliriz.

Yüz yıl önce, kayaların yaşları ve Dünya'nın yaşı hakkında fikirlerimiz belirsizdi. Ama belli ki kayalar çok eski şeyler. Kaya sayısından yola çıkarak, onları oluşturan süreçlerin algılanamayan oranları - erozyon, mezar, fosilleşme, yükselme — jeolojik kayıtlar anlatılmamış milyonlarca yılı temsil etmelidir. İlk olarak 1785'te ifade edilen, James Hutton'u jeolojinin babası yapan içgörü.

Biz de biliyorduk ki "derin zaman, "ama keşfetmek sinir bozucuydu. Yüz yıldan fazla bir süredir tarihini düzenlemenin en iyi yöntemi fosil veya biyostratigrafi kullanmaktı. Bu sadece tortul kayalarda ve sadece bazılarında işe yaradı. Prekambriyen kayaların en nadir fosilleri vardı. Kimse Dünya tarihinin ne kadarının bilinmediğini bile bilmiyordu! Ölçmeye başlamak için daha kesin bir araca, bir çeşit saate ihtiyacımız vardı.

1896'da Henri Becquerel'in yanlışlıkla radyoaktivite keşfi neyin mümkün olabileceğini gösterdi. Bazı elementlerin radyoaktif bozunmaya maruz kaldığını, kendiliğinden başka bir atom türüne dönüşürken bir enerji ve parçacık patlaması verdiğini öğrendik. Bu işlem, sıradan sıcaklıklardan veya sıradan kimyadan etkilenmeyen bir saat kadar sabit bir oranda gerçekleşir.

Radyoaktif bozunmanın bir tarihleme yöntemi olarak kullanılması prensibi basittir. Bu benzetmeyi düşünün: yanan kömürle dolu bir barbekü ızgarası. Kömür bilinen bir oranda yanar ve ne kadar kömür kaldığını ve ne kadar kül oluştuğunu ölçerseniz, ızgaranın ne kadar süre önce yandığını söyleyebilirsiniz.

Izgarayı aydınlatmanın jeolojik eşdeğeri, uzun zaman önce eski bir granitte veya sadece bugün taze bir lav akışında bir mineral tahılın katılaştığı zamandır. Katı mineral tahıl tuzakları radyoaktif atomlar ve çürüme ürünleri, doğru sonuçların elde edilmesine yardımcı olur.

Radyoaktivite keşfedildikten kısa bir süre sonra, deneyciler kayaların bazı deneme tarihlerini yayınladılar. Uranyumun çürümesinin helyum ürettiğini fark eden Ernest Rutherford, 1905'te içinde sıkışan helyum miktarını ölçerek bir parça uranyum cevheri için bir yaş belirledi. 1907'de Bertram Boltwood, bazı antik kayalarda mineral uraninitin yaşını değerlendirmek için bir yöntem olarak uranyum çürümesinin son ürünü olan kurşun kullandı.

Sonuçlar muhteşem fakat erken. Kayalar şaşırtıcı derecede yaşlı görünüyordu, yaşları 400 milyondan 2'den fazla milyar yıl. Ama o zaman kimse izotopları bilmiyordu. bir Zamanlar izotoplar anlatıldı1910'larda radyometrik tarihleme yöntemlerinin en iyi zamana hazır olmadığı anlaşıldı.

İzotopların keşfiyle, buluşma sorunu kareye geri döndü. Örneğin, uranyumdan kurşuna bozunma kaskadı gerçekten iki - uranyum-235 kurşun-207'ye ve uranyum-238 kurşun-206'ya bozar, ancak ikinci süreç yaklaşık yedi kat daha yavaştır. (Bu yapar uranyum kurşun kalma özellikle faydalıdır.) Önümüzdeki yıllarda 200 kadar izotop daha keşfedilmiştir; radyoaktif olanlar daha sonra özenli laboratuar deneylerinde bozulma oranlarını belirlediler.

1940'lara gelindiğinde, bu temel bilgi ve araçlardaki ilerlemeler jeologlar için bir anlam ifade eden tarihleri ​​belirlemeye başlamayı mümkün kıldı. Ancak bugün teknikler ilerlemektedir, çünkü ileriye doğru atılan her adımda bir dizi yeni bilimsel soru sorulabilir ve cevaplanabilir.

İzotopik tarihlendirmenin iki ana yöntemi vardır. Radyasyon yoluyla radyoaktif atomları algılar ve sayar. Radyokarbon tarihlemesinin öncüleri bu yöntemi kullandılar çünkü karbonun radyoaktif izotopu olan karbon-14 çok aktiftir, sadece 5730 yıllık bir yarı ömürle bozulur. İlk radyokarbon laboratuvarları, arka plan radyasyonunu düşük tutmak amacıyla 1940'larda radyoaktif kirlenme döneminden önceki antika malzemeler kullanılarak yeraltında inşa edildi. Yine de, özellikle çok az radyokarbon atomunun kaldığı eski örneklerde doğru sonuçlar almak haftalarca hasta sayımı alabilir. Bu yöntem hala nadir, oldukça radyoaktif izotoplar için kullanılmaktadır. Karbon-14 ve trityum (hidrojen-3).

Jeolojik ilginin çürüme süreçlerinin çoğu çürüme sayma yöntemleri için çok yavaştır. Diğer yöntem, her bir izotopun atomlarını saymaya dayanır, bazılarının çürümesini beklemez. Bu yöntem daha zor ama daha umut vericidir. Örneklerin hazırlanmasını ve bir kütle spektrometresive bu madeni para ayıklama makinelerinden biri kadar ağırlığa göre atom atomu çekiyor.

Örnek olarak, potasyum-argon tarihleme yöntemi. Potasyum atomları üç izotop halinde gelir. Potasyum-39 ve potasyum-41 stabildir, ancak potasyum-40, 1.277 milyon yıl yarı ömrü ile argon-40'a dönüşen bir çürüme geçirir. Böylece bir numune büyüdükçe, potasyum-40 yüzdesi küçülür ve tersine argon-40 ve argon-38'e göre argon-40 yüzdesi artar. Birkaç milyon atom saymak (sadece mikrogram kaya ile kolay) oldukça iyi tarihler verir.

İzotopik tarihleme, Dünya'nın gerçek tarihinde kaydettiğimiz tüm yüzyılın ilerlemesinin altını çizdi. Ve bu milyarlarca yıl içinde ne oldu? Milyarlarca zaman kaldığında, şimdiye kadar duyduğumuz tüm jeolojik olaylara uymak için yeterli zaman. Ancak bu tanışma araçlarıyla, derin zamanları haritalamakla meşgul olduk ve hikaye her yıl daha doğru hale geliyor.