a radioaktív bomlás fizikai folyamata a föld tudósainak, antropológusainak és evolúciós biológusainak adta a legfontosabb módszert a kőzetek és egyéb anyagok abszolút korának meghatározására (Dalrymple 1991; Dickin 2005). Ezt a figyelemre méltó technikát, amely a radioaktív anyagok megkülönböztető tulajdonságainak mérésétől függ, radioizotóp geokronológiának vagy egyszerűen “radiometrikus randevúnak” nevezik.”
nyomokban radioaktív elemek izotópjai, köztük a szén-14, Az urán-238 és több tucat más, körülöttünk vannak-kőzetekben, vízben és a levegőben (1.táblázat). Ezek az izotópok instabilak, ezért fokozatosan szétesnek vagy “bomlanak”.”A radiometrikus randevú azért működik, mert a radioaktív elemek kiszámítható módon bomlanak, mint például az óra rendszeres ketyegése. Itt van, hogyan működik. Ha egy radioaktív izotóp egymillió atomjának gyűjteménye van, ezek fele egy “felezési időnek” nevezett idő alatt bomlik.”Például az urán-238 felezési ideje 4.468 milliárd év, tehát ha egy millió atomot kezdesz és 4,468 milliárd év múlva visszatérsz, akkor csak 500,000 Atom marad urán-238. Az urán többi része más elemek 500 000 atomjára bomlik, végső soron az ólom-206 stabil (azaz nem radioaktív) atomjaira. Várjon még 4, 468 milliárd évet, és csak körülbelül 250 000 urán Atom marad (ábra. 8).
radiometrikus társkereső a radioaktív bomlás óraszerű jellemzőire támaszkodik. Az egyik felezési idő alatt a radioaktív atomok gyűjteményének körülbelül fele bomlik. Ha tudjuk, hogy hány atommal kezdődött egy anyag, majd megmérjük, mi maradt, meg lehet mérni a régi tárgyak korát. Forrás: NCSE
a legismertebb radiometrikus társkereső módszer magában foglalja a szén-14 izotópot, felezési ideje 5,730 év. Minden élő szervezet életében szénbe kerül. Ebben a pillanatban, a tested veszi a szén az élelmiszer és átalakítja azt szövet, és ugyanez igaz az összes többi állat. A növények szén-dioxidot vesznek a levegőből, és gyökerekké, szárakká és levelekké alakítják. Ennek a szénnek a nagy része (körülbelül 99%) stabil (nem radioaktív) szén-12, míg talán 1% a kissé nehezebb stabil szén-13. De egy bizonyos kis százaléka a szén a szervezetben, és minden más élőlény—nem több, mint egy szénatom minden billió—formájában van a radioaktív szén-14.
mindaddig, amíg egy szervezet életben van, a szöveteiben lévő szén-14 folyamatosan megújul ugyanabban a kis, trillió részarányban, amely az Általános környezetben található. A szén összes izotópja ugyanúgy viselkedik kémiailag, így a szénizotópok aránya az élő szövetben szinte mindenhol azonos lesz, minden élőlény számára. Amikor egy szervezet meghal, azonban megáll a szén bármilyen formában. A halál időpontjától kezdve tehát a szövetekben lévő szén-14 Már nem töltődik fel. Mint egy ketyegő óra, a szén-14 atomok radioaktív bomlással nitrogénré alakulnak-14, atom-atom, hogy a teljes szén egyre kisebb százalékát képezzék. A tudósok így meghatározhatják egy darab fa, haj, csont vagy más tárgy hozzávetőleges életkorát azáltal, hogy gondosan megmérik a megmaradt szén-14 frakcióját, és összehasonlítják azt a szén-14 mennyiségével, amelyről feltételezzük, hogy abban az anyagban volt, amikor életben volt. Ha az anyag történetesen egy egyiptomi sírból kivett fadarab, akkor például elég jó becslésünk van arról, hogy hány éves a lelet, és következtetésként, amikor a sírt felépítették. Mi több, a tudósok aprólékos évenkénti összehasonlításokat végeztek a szén-14 dátumokról a fa gyűrűs kronológiákkal (Reimer et al. 2004). Az eredmény: a két független technika pontosan ugyanazokat a dátumokat adja az ősi fosszilis fa számára.
Carbon – 14 Ismerkedés gyakran jelenik meg a hírekben jelentések ősi emberi leletek. Egy 1991-ben nagy nyilvánosságot kapott felfedezésben egy ősi vadászt találtak fagyasztva az Olasz Alpok jégcsomagjában (ábra. 9). “Ötzi, a Jégember”, ahogy hívták, a carbon – 14 technikákkal mutatták be körülbelül 5300 évvel ezelőtt. A technika hasonló korú meghatározásokat biztosított a Jégember szöveteihez, ruháihoz és eszközeihez (Fowler 2000).
Ötzi a jégembert 1991-ben fedezték fel az olasz Alpokban. Carbon-14 Ismerkedés kiderült, hogy meghalt mintegy 5,300 évvel ezelőtt. Fotó jóvoltából Dél-Tirol Régészeti Múzeum, www.iceman.it
Carbon-14 Ismerkedés az elmúlt több tízezer évben fontos szerepet játszott az emberi történelem feltérképezésében. Ha egy tárgy több mint 50 000 éves, azonban a benne maradt szén-14 mennyisége olyan kicsi, hogy ez a társkereső módszer nem használható. A mai napig a több millió éves kőzetek és ásványi anyagok, a tudósoknak hasonló technikákra kell támaszkodniuk, amelyek sokkal nagyobb felezési idejű radioaktív izotópokat használnak (1.táblázat). A geológia legszélesebb körben használt radiometrikus órái közé tartoznak a kálium-40 (felezési ideje 1,248 milliárd év), Az urán-238 (felezési ideje 4,468 milliárd év), valamint a rubídium-87 (felezési ideje 47 milliárd év). Ezekben az esetekben a geológusok megmérik a radioaktív szülő és stabil leányelemek atomjainak teljes számát, hogy meghatározzák, hány radioaktív mag volt jelen az elején. Így például, ha egy kőzet eredetileg hosszú ideje alakult ki kis mennyiségű uránatommal, de nincs ólomatom, akkor az urán-ólom atomok aránya ma pontos geológiai ütközési órát biztosíthat.
amikor a tudományos publikációkban vagy a hírekben bejelentett geológiai korbecsléseket látja, valószínű, hogy ezek az értékek radiometrikus társkereső technikákból származnak. Észak-Amerika korai települése esetében például a szénben gazdag tábortűzmaradványok és a kapcsolódó leletek emberi jelenlétre utalnak körülbelül 13 000 évvel ezelőtt. Sokkal régebbi események az élet történetében, néhány milliárd évvel nyúlik vissza,gyakran káliumon alapulnak – 40 társkereső. Ez a technika jól működik, mivel a fosszíliákat szinte mindig az üledékek rétegeiben tartják fenn,amelyek szintén rögzítik az időszakos vulkáni hamu vékony horizontként. A vulkáni hamu káliumtartalmú ásványi anyagokban gazdag, így minden hamu esése egyedülálló időjelzőt biztosít üledékes sorrendben. Az emberek felemelkedése körülbelül 2.5 millió évvel ezelőtt a dinoszauruszok kihalása 65 millió évvel ezelőtt, a kemény héjú állatok megjelenése körülbelül 540 millió évvel ezelőtt kezdődött, és a földi élet egyéb kulcsfontosságú átmenetei általában ilyen módon keltek (ábra. 10).
a paleontológusok radiometrikus randevúkra támaszkodnak, hogy meghatározzák a fosszíliák korát, mint például ez a 310 millió éves Trilobit, Ameura major, Kansas City közelében, Kansas City. Photo courtesy Hazen Collection, Smithsonian Institution
a legrégebbi ismert kőzetek, beleértve a bazaltot és más, izzó vörös-forró olvadásból megszilárdult magmás képződményeket. A Holdból és a meteoritokból származó tartós minták jellemzően gyenge káliumtartalmúak, de szerencsére kis mennyiségű urán-238-at és más radioaktív izotópokat is tartalmaznak. Amint ezek az olvadt kőzetek lehűlnek és megkeményednek, radioaktív elemeik a helyükre záródnak, és elkezdenek bomlani. A legősibb ilyen minták többféle meteoritok, amelyben valamivel több mint a fele az eredeti urán romlott ólom. Ezek az ősi űrsziklák, a Föld és más bolygók keletkezéséből származó maradványok mintegy 4,56 milliárd éves kort tesznek ki a születő Naprendszerben. A legrégebbi ismert holdkőzetek, körülbelül 4, 46 milliárd év alatt, szintén rögzítik ezeket a legkorábbi formatív eseményeket (Norman et al. 2003).
A Földnek körülbelül ugyanabban az időben kellett kialakulnia, de nyugtalan bolygónk eredeti felülete most eltűnt. Csak néhány uránban gazdag, homok méretű szemcsék a kemény ásványi cirkon, néhány olyan régi, mint 4.4 milliárd év, túlélni (Wilde et al. 2001). Ennek ellenére az urántartalmú kőzetek minden kontinensen részletes kronológiát nyújtanak a korai földről (Hazen et al. 2008, 2009). A legrégebbi földi sziklák, körülbelül négy milliárd év alatt, a kontinensek korai eredetére mutatnak. A közel 3,5 milliárd évvel ezelőtti kőzetek a legrégebbi, egyértelmű fosszíliákat—primitív mikrobákat és kupolaszerű struktúrákat-stromatolitoknak nevezik, amelyek sziklás otthonaikat alakították ki (1.ábra). 11). A jellegzetes uránban gazdag üledékes képződmények és a vas-oxidok réteges lerakódása körülbelül 2,5-2,0 milliárd év alatt dokumentálja a légköri oxigén fokozatos emelkedését fotoszintézis útján (Hazen et al. 2008, 2009). A földtörténelem minden szakaszát a radiometrikus technikáknak köszönhetően precíz pontossággal és precizitással datálták.
Stromatolites, mint ez 2.45 milliárd éves példa az északnyugat-finnországi Tervola régióból, mikrobiális hatással. Radiometrikus módszerek pontos megközelítést társkereső ilyen ősi üledékek. Fotó jóvoltából Dominic Papineau