jak stará je země a jak to víme?

fyzický proces radioaktivní rozpad poskytl Zemi, vědci, antropologové a evoluční biologové s jejich nejdůležitější metoda pro určení absolutního stáří hornin a jiných materiálů (Dalrymple 1991; Nebaví 2005). Tato pozoruhodná technika, která závisí na měření charakteristické vlastnosti radioaktivních materiálů, se nazývá radioizotopové geochronology, nebo jednoduše „radiometrické datování.“

Stopové množství izotopů radioaktivních prvků, včetně uhlíku-14, uranu-238, a desítky dalších, jsou všude kolem nás—v horninách, ve vodě a ve vzduchu (Tabulka 1). Tyto izotopy jsou nestabilní, takže se postupně rozpadají nebo „rozpadají.“Radiometrické datování funguje, protože radioaktivní prvky se předvídatelně rozpadají, jako pravidelné tikání hodin. Takhle to funguje. Pokud máte sbírku jednoho milionu atomů radioaktivního izotopu, polovina z nich se rozpadne po určitou dobu zvanou „poločas rozpadu“.“Například uran-238 má poločas rozpadu 4.468 miliard let, takže pokud začnete s milionem atomů a vrátíte se za 4,468 miliardy let, najdete jen asi 500 000 atomů uranu-238 zbývajících. Zbytek uranu se rozpadne na 500 000 atomů jiných prvků, nakonec na stabilní (tj. Počkejte dalších 4, 468 miliard let a zůstane jen asi 250 000 atomů uranu (obr. 8).

nejznámější radiometrické datování metoda zahrnuje izotop uhlíku-14, s poločasem rozpadu 5730 let. Každý živý organismus během svého života přijímá uhlík. V tuto chvíli vaše tělo bere uhlík ve vaší potravě a přeměňuje ho na tkáň, a to samé platí o všech ostatních zvířatech. Rostliny berou oxid uhličitý ze vzduchu a přeměňují ho na kořeny, stonky a listy. Většina z tohoto uhlíku (asi 99%) je ve formě stabilní (neradioaktivní) uhlík-12, možná 1%, je mírně těžší, stabilní uhlík-13. Ale určité malé procento uhlíku v těle a každou další živou věcí—ne více než jeden atom uhlíku v každé bilionu dolarů—je ve formě radioaktivního uhlíku-14.

dokud je organismus naživu, uhlík-14 ve svých tkáních se neustále obnovuje ve stejném malém podílu na bilionu, který se nachází v obecném prostředí. Všechny izotopy uhlíku se chovají chemicky stejným způsobem, takže podíl izotopů uhlíku v živé tkáni bude všude téměř stejný, pro všechny živé věci. Když organismus zemře, přestane však přijímat uhlík jakékoli formy. Od doby smrti tedy uhlík-14 v tkáních již není doplňován. Jako tikající hodiny, atomy uhlíku-14 přeměňují radioaktivním rozpadem na dusík-14, atom po atomu, tvořit stále menší procento celkového uhlíku. Mohou vědci určit přibližné stáří kusu dřeva, vlasy, kosti, nebo jiný objekt pečlivě měření zlomek uhlíku-14, které zůstává a porovnání množství uhlíku-14, které jsme předpokládat, bylo v tom materiálu, kdy byl naživu. Pokud se materiál stane kusem dřeva vyjmutého z egyptské hrobky, například, máme docela dobrý odhad toho, jak starý je artefakt a, odvozením, kdy byla hrobka postavena. A co víc, vědci provedli pečlivé meziroční srovnání dat uhlíku-14 s daty chronologií letokruhů (Reimer et al . 2004). Výsledek: dvě nezávislé techniky poskytují přesně stejná data pro starověké fosilní dřevo.

uhlík-14 chodit s někým Často se objevuje ve zprávách ve zprávách o starověkých lidských artefaktech. Ve vysoce propagovaném objevu v roce 1991 byl starověký lovec nalezen zmrzlý v ledovém balíčku italských Alp (obr. 9). „Ötzi iceman“, jak se mu říkalo, byl ukázán technikami carbon-14, které se datují asi před 5300 lety. Tato technika poskytla podobné věkové stanovení pro tkáně icemana, jeho oblečení a jeho nářadí (Fowler 2000).

Uhlík-14 datování byl pomocný v mapování lidské historii za posledních několik desítek tisíc let. Když je objekt starší než asi 50 000 let, množství uhlíku-14, které v něm zůstalo, je tak malé, že tuto metodu datování nelze použít. K dnešnímu dni horniny a minerály, které jsou staré miliony let, se vědci musí spoléhat na podobné techniky, které používají radioaktivní izotopy s mnohem větším poločasem rozpadu(Tabulka 1). Mezi nejpoužívanější radiometrická hodiny v geologii jsou ty založené na rozpadu draslíku 40 (poločas rozpadu 1,248 miliardy let) uran 238 (poločas 4.468 miliard let), a rubidia-87 (poločas 47 miliard let). V těchto případech, geologové opatření celkový počet atomů radioaktivního rodič a stabilní dceru prvky zjistit, kolik radioaktivních jader byli přítomni na začátku. Tak, například, je-li kámen původně vytvořeny dávno s malým množstvím atomy uranu, ale ne vést atomy, pak poměr uran-olovo atomy dnes může poskytnout přesné geologické přestat dívat.

Když vidíte, geologické stáří odhady ve vědeckých publikacích nebo ve zprávách, šance jsou, že tyto hodnoty jsou odvozeny z radiometrické datování techniky. Například v případě raného osídlení Severní Ameriky pozůstatky táboráku bohaté na uhlík a související artefakty poukazují na lidskou přítomnost asi před 13 000 lety. Mnohem starší události v historii života, některé sahají miliardy let, jsou často založeny na draslíku-40 chodit s někým. Tato technika funguje dobře, protože fosílie jsou téměř vždy zachovány ve vrstvách sedimentů, které také zaznamenávají periodické pády sopečného popela jako tenké horizonty. Sopečný popel je bohatý na minerály nesoucí draslík, takže každý pád popela poskytuje jedinečnou časovou značku v sedimentární sekvenci. Vzestup lidí o 2.5 milionů let před vyhynutím dinosaurů před 65 miliony let, výskyt živočichů s tvrdou ulitou začíná asi 540 miliony lety, a další klíčové přechody v životě na Zemi, jsou obvykle datovány tímto způsobem (Obr. 10).

nejstarší známé kameny, včetně čediče a jiných vyvřelých útvarů, zpevnil od žárovky red-hot taje. Tyto trvanlivé vzorky z Měsíce a meteoritů jsou obvykle chudé na draslík, ale naštěstí obsahují malé množství uranu-238 a dalších radioaktivních izotopů. Jakmile se tyto roztavené horniny ochladí a ztvrdnou, jejich radioaktivní prvky jsou uzamčeny na místě a začnou se rozpadat. Nejstarší z těchto vzorků je několik typů meteoritů, ve kterých se o něco více než polovina původního uranu rozpadla na olovo. Tyto prvotní vesmírné skály, zbytky od vzniku Země a dalších planet, výnos stáří asi 4,56 miliardy let pro vznikající solární systém. Nejstarší známé měsíční horniny, asi 4,46 miliardy let, také zaznamenávají tyto nejčasnější formativní události (Norman et al . 2003).

země se musela vytvořit přibližně ve stejnou dobu, ale původní povrch naší neklidné planety se nyní erodoval. Přežije jen několik zrn vytrvalého minerálního zirkonu bohatých na uran, které jsou staré až 4,4 miliardy let (Wilde et al. 2001). Nicméně, Uran nesoucí horniny, na každém kontinentu poskytují podrobnou chronologii rané země (Hazen et al. 2008, 2009). Nejstarší zemské horniny, asi čtyři miliardy let, poukazují na počátky kontinentů. Kameny z téměř 3,5 miliardy let hostit nejstarší jednoznačné zkameněliny—primitivní mikroby a dome-jako struktury, tzv. stromatolity, které tvořily jejich skalní domy (Obr. 11). Výrazné sedimentární útvary bohaté na uran a vrstvená ložiska oxidů železa od asi 2,5 do 2,0 miliardy let dokumentují postupný vzestup atmosférického kyslíku fotosyntézou (Hazen et al. 2008, 2009). Vskutku, každá fáze historie Země byla datována s vynikající přesností a přesností díky radiometrickým technikám.