procesul fizic de dezintegrare radioactivă a oferit oamenilor de știință de pe Pământ, antropologilor și biologilor evolutivi cea mai importantă metodă pentru determinarea vârstei absolute a rocilor și a altor materiale (Dalrymple 1991; Dickin 2005). Această tehnică remarcabilă, care depinde de măsurătorile proprietăților distinctive ale materialelor radioactive, se numește geocronologie radioizotopică sau pur și simplu „datare radiometrică.”
urme de izotopi ai elementelor radioactive, inclusiv carbon-14, uraniu-238, și zeci de alții, sunt peste tot în jurul nostru—în roci, în apă și în aer (Tabelul 1). Acești izotopi sunt instabili, astfel încât se rup treptat sau „se descompun.”Datarea radiometrică funcționează deoarece elementele radioactive se descompun într-un mod previzibil, cum ar fi bifarea regulată a unui ceas. Iată cum funcționează. Dacă aveți o colecție de un milion de atomi ai unui izotop radioactiv, jumătate dintre ei se vor descompune într-o perioadă de timp numită „timpul de înjumătățire”.”Uraniul-238, de exemplu, are un timp de înjumătățire de 4.468 miliarde de ani, deci dacă începeți cu un milion de atomi și reveniți în 4.468 miliarde de ani, veți găsi doar aproximativ 500.000 de atomi de uraniu-238 rămași. Restul uraniului va fi decăzut la 500.000 de atomi ai altor elemente, în cele din urmă la atomi stabili (adică neradioactivi) de plumb-206. Așteptați încă 4,468 miliarde de ani și vor rămâne doar aproximativ 250.000 de atomi de uraniu (Fig. 8).
datarea radiometrică se bazează pe caracteristicile ceasului dezintegrării radioactive. Într-un timp de înjumătățire, aproximativ jumătate dintr-o colecție de atomi radioactivi se va descompune. Știind cu câți atomi a început un material și apoi măsurând ce a mai rămas, puteți măsura vârstele obiectelor vechi. Sursa: NCSE
cea mai cunoscută metodă de datare radiometrică implică izotopul carbon-14, cu un timp de înjumătățire de 5.730 de ani. Fiecare organism viu ia în carbon în timpul vieții sale. În acest moment, corpul tău ia carbonul din mâncare și îl transformă în țesut, și același lucru este valabil pentru toate celelalte animale. Plantele iau dioxid de carbon din aer și îl transformă în rădăcini, tulpini și frunze. Cea mai mare parte a acestui carbon (aproximativ 99%) este sub formă de carbon-12 stabil (non-radioactiv), în timp ce probabil 1% este carbonul-13 stabil ușor mai greu. Dar un anumit procent mic din carbonul din corpul vostru și orice altă ființă vie—nu mai mult de un atom de carbon din fiecare Trilion—este sub formă de carbon radioactiv-14.atâta timp cât un organism este viu, carbonul-14 din țesuturile sale este în mod constant reînnoit în aceeași proporție mică, parțial pe trilion, care se găsește în mediul general. Toți izotopii carbonului se comportă în același mod chimic, astfel încât proporțiile izotopilor de carbon din țesutul viu vor fi aproape la fel peste tot, pentru toate ființele vii. Cu toate acestea, atunci când un organism moare, acesta încetează să mai ia carbon de orice formă. Din momentul morții, prin urmare, carbonul-14 din țesuturi nu mai este reumplut. Ca un ceas care ticăie, atomii de carbon-14 transmută prin dezintegrare radioactivă la azot-14, atom cu atom, pentru a forma un procent din ce în ce mai mic din totalul carbonului. Oamenii de știință pot determina astfel vârsta aproximativă a unei bucăți de lemn, păr, os sau alt obiect măsurând cu atenție fracțiunea de carbon-14 care rămâne și comparând-o cu cantitatea de carbon-14 pe care o presupunem că era în acel material când era în viață. Dacă materialul se întâmplă să fie o bucată de lemn scoasă dintr-un mormânt egiptean, de exemplu, avem o estimare destul de bună a cât de vechi este artefactul și, prin deducție, când a fost construit mormântul. Mai mult, oamenii de știință au efectuat comparații meticuloase de la an la an ale datelor carbon-14 cu cele ale cronologiilor inelelor copacilor (Reimer și colab. 2004). Rezultatul: cele două tehnici independente produc exact aceleași date pentru lemnul fosil antic.Carbon-14 datare apare adesea în știri în rapoartele de artefacte umane antice. Într-o descoperire extrem de mediatizată în 1991, un vânător antic a fost găsit înghețat în pachetul de gheață din Alpii italieni (Fig. 9). „Om de gheață”, așa cum a fost numit, a fost demonstrat de carbon-14 tehnici până în prezent de la aproximativ 5.300 de ani în urmă. Tehnica a furnizat determinări de vârstă similare pentru țesuturile omului de gheață, îmbrăcămintea și instrumentele sale (Fowler 2000).
Iceman a fost descoperit în 1991 înghețat în Alpii italieni. Datarea cu Carbon-14 a dezvăluit că a murit în urmă cu aproximativ 5.300 de ani. Fotografie prin amabilitatea Tirolul de Sud Muzeul de Arheologie, www.iceman.it
datarea cu Carbon-14 a avut un rol esențial în cartografierea istoriei umane în ultimele câteva zeci de mii de ani. Cu toate acestea, atunci când un obiect are mai mult de aproximativ 50.000 de ani, cantitatea de carbon-14 rămasă în el este atât de mică încât această metodă de datare nu poate fi utilizată. Până în prezent, roci și minerale vechi de milioane de ani, oamenii de știință trebuie să se bazeze pe tehnici similare care utilizează izotopi radioactivi cu un timp de înjumătățire mult mai mare (Tabelul 1). Printre cele mai utilizate Ceasuri radiometrice în geologie se numără cele bazate pe descompunerea potasiu-40 (timp de înjumătățire de 1,248 miliarde de ani), uraniu-238 (timp de înjumătățire de 4,468 miliarde de ani) și rubidiu-87 (timp de înjumătățire de 47 miliarde de ani). În aceste cazuri, geologii măsoară numărul total de atomi ai părinților radioactivi și ai elementelor fiice stabile pentru a determina câte nuclee radioactive au fost prezente la început. Astfel, de exemplu, dacă o rocă s-a format inițial cu mult timp în urmă cu o cantitate mică de atomi de uraniu, dar fără atomi de plumb, atunci raportul dintre atomii de uraniu și plumb de astăzi poate oferi un ceas geologic precis.
când vedeți estimările de vârstă geologică raportate în publicațiile științifice sau în știri, sunt șanse ca aceste valori să fie derivate din tehnicile de datare radiometrică. În cazul așezării timpurii a Americii de nord, de exemplu, rămășițele de foc de tabără bogate în carbon și artefactele asociate indică o prezență umană cu aproximativ 13.000 de ani în urmă. Evenimentele mult mai vechi din istoria vieții, unele întinzându-se în urmă cu miliarde de ani, se bazează adesea pe datarea cu potasiu-40. Această tehnică funcționează bine, deoarece fosilele sunt aproape întotdeauna conservate în straturi de sedimente, care înregistrează, de asemenea, căderi periodice de cenușă vulcanică ca orizonturi subțiri. Cenușa vulcanică este bogată în minerale purtătoare de potasiu, astfel încât fiecare cădere de cenușă oferă un marker unic de timp într-o secvență sedimentară. Creșterea oamenilor despre 2.Acum 5 milioane de ani, dispariția dinozaurilor în urmă cu 65 de milioane de ani, apariția animalelor cu cochilii dure începând cu aproximativ 540 de milioane de ani în urmă și alte tranziții cheie în viața de pe Pământ sunt de obicei datate în acest fel (Fig. 10).
paleontologii se bazează pe datarea radiometrică pentru a determina vârstele fosilelor, cum ar fi acest trilobit vechi de 310 milioane de ani, Ameura major, din apropierea orașului Kansas, Kansas. Fotografie curtoazie Hazen Collection, Smithsonian Institution
cele mai vechi roci cunoscute, inclusiv bazalt și alte formațiuni magmatice, solidificate din topituri incandescente roșu-fierbinte. Aceste probe durabile de pe lună și meteoriți sunt de obicei sărace în potasiu, dar, din fericire, încorporează cantități mici de uraniu-238 și alți izotopi radioactivi. De îndată ce aceste roci topite se răcesc și se întăresc, elementele lor radioactive sunt blocate în loc și încep să se descompună. Cele mai vechi dintre aceste probe sunt mai multe tipuri de meteoriți, în care puțin mai mult de jumătate din uraniul original s-a descompus pentru a conduce. Aceste roci spațiale primordiale, resturile de la formarea Pământului și a altor planete, produc o vârstă de aproximativ 4,56 miliarde de ani pentru sistemul solar în curs de formare. Cele mai vechi roci lunare cunoscute, la aproximativ 4,46 miliarde de ani, Înregistrează, de asemenea, aceste evenimente formative timpurii (Norman și colab. 2003).
pământul trebuie să se fi format cam în același timp, dar suprafața originală a planetei noastre neliniștite s-a erodat acum. Doar câteva boabe bogate în uraniu, de dimensiuni de nisip, din zirconul mineral rezistent, unele vechi de 4,4 miliarde de ani, supraviețuiesc (Wilde și colab. 2001). Cu toate acestea, rocile purtătoare de uraniu, pe fiecare continent, oferă o cronologie detaliată a Pământului timpuriu (Hazen și colab. 2008, 2009). Cele mai vechi roci de pe Pământ, la aproximativ patru miliarde de ani, indică originile timpurii ale continentelor. Rocile de acum aproape 3,5 miliarde de ani găzduiesc cele mai vechi fosile lipsite de ambiguitate—microbi primitivi și structuri asemănătoare cupolei numite stromatolite, care și-au format casele stâncoase (Fig. 11). Formațiunile sedimentare bogate în uraniu și depozitele stratificate de oxizi de fier de la aproximativ 2,5 la 2,0 miliarde de ani documentează creșterea treptată a oxigenului atmosferic prin fotosinteză (Hazen și colab. 2008, 2009). Într-adevăr, fiecare etapă a istoriei Pământului a fost datată cu o precizie și o precizie deosebite datorită tehnicilor radiometrice.
stromatolite, cum ar fi acest 2.Exemplu vechi de 45 de miliarde de ani din regiunea Tervola din nord-vestul Finlandei, formă prin acțiune microbiană. Metodele radiometrice oferă o abordare exactă a datării unor astfel de sedimente antice. Fotografie prin amabilitatea Dominic Papineau