Ha meg akarja tudni, hogy valaki vagy valami hány éves, akkor a pontos válasz eléréséhez általában egyszerűen kérdezhet, vagy a Google segítségével kombinálhat. Ez mindenre vonatkozik, az osztálytárs korától kezdve az Egyesült Államok szuverén nemzetként való létezéséig (243 és 2019-től számítva).
De mi van az ókor tárgyainak korával, az újonnan felfedezett kövületektől kezdve egészen a föld maga?
Persze, bejárhatja az internetet, és meglehetősen gyorsan megtanulhatja, hogy a tudományos konszenzus kb 4,6 milliárd év. De a Google nem találta ki ezt a számot; ehelyett az emberi találékonyság és az alkalmazott fizika biztosította.
Pontosabban, az úgynevezett folyamat radiometrikus datálás lehetővé teszi a tudósok számára, hogy meghatározzák a tárgyak korát, beleértve a sziklák életkorát is, az évezredektől a milliárdokig, a csodálatos pontosságig.
Ez az alapvető matematika és a különböző kémiai elemek fizikai tulajdonságainak ismeretének bizonyított kombinációjára támaszkodik.
Radiometrikus társkereső: Hogyan működik?
Megérteni radiometrikus randevú technikák, először meg kell értenie, hogy mit mérnek, hogyan mérik, és az alkalmazott mérési rendszer elméleti és gyakorlati korlátai.
Hasonlóként mondd, hogy azon gondolkodsz, hogy "mennyire meleg (vagy hideg) van kint?" Amit valójában itt keres, az az hőfok, amely alapvetően annak leírása, hogy a levegőben lévő molekulák milyen gyorsan mozognak és ütköznek egymással, kényelmes számra lefordítva. Szüksége van egy eszközre ennek a tevékenységnek a mérésére (hőmérő, amelynek különféle típusai léteznek).
Azt is tudnia kell, hogy mikor alkalmazható vagy nem alkalmazható egy adott típusú eszköz az adott feladatra; például ha tudni akarja, milyen meleg van egy aktív fatüzelésű kályha belsejében, akkor valószínűleg megértette ezt A testhőmérséklet mérésére szolgáló háztartási hőmérő behelyezése a tűzhelybe nem bizonyítja hasznos.
Ne feledje azt sem, hogy sok évszázadon át a legtöbb emberi "tudás" a sziklák, az olyan formációk, mint a Grand Canyon és minden más körülötted a Biblia Genesis beszámolója volt, amely azt állítja, hogy az egész kozmosz talán 10 000 éves.
A modern geológiai módszerek időnként tökélynek bizonyultak az ilyen népszerű, de furcsa és tudományosan nem támogatott elképzelésekkel szemben.
Miért használja ezt az eszközt?
A radiometrikus datálás kihasználja azt a tényt, hogy bizonyos ásványi anyagok (kőzetek, kövületek és más rendkívül tartós tárgyak) összetétele az idők során változik. Pontosabban az alkotórészük relatív mennyiségei elemek elmozdulás matematikailag kiszámítható módon az úgynevezett jelenségnek köszönhetően radioaktív bomlás.
Ez pedig az ismeretekre támaszkodik izotópokamelyek némelyike "radioaktív" (vagyis spontán szubatomi részecskéket bocsát ki ismert sebességgel).
Izotópok ugyanazon elem különböző változatai (például szén, urán, kálium); azonos számuk van protonok, ezért az elem azonossága nem változik, hanem különböző számú neutronok.
- Valószínűleg olyan emberekkel és más forrásokkal fog találkozni, amelyek a radiometrikus dátumozási módszereket általában "radiokarbon dátumozásnak" vagy csak "szénizotópos kormeghatározás." Ez nem pontosabb, mint az 5K, 10K és 100 mérföldes futóversenyek "maratonként" való hivatkozása, és megtudhatja, miért bit.
A félélet fogalma
Néhány dolog a természetben többé-kevésbé állandó ütemben tűnik el, függetlenül attól, hogy mennyit kell kezdeni és mennyi marad. Például bizonyos gyógyszereket, beleértve az etil-alkoholt is, a szervezet metabolizál, rögzített gramm / óra sebességgel (vagy bármelyik egységgel, amely a legkényelmesebb). Ha valakinek öt ital megfelelője van a rendszerében, akkor a szervezet ötször annyi időbe telik az alkohol tisztítására, mint akkor, ha egy ital lenne a rendszerében.
Számos anyag azonban, mind biológiai, mind kémiai, más mechanizmusnak felel meg: Egy adott esetben időtartam alatt az anyag fele fix idő alatt eltűnik, függetlenül attól, hogy mennyi van jelen a kezdéshez val vel. Az ilyen anyagokat állítólag a fél élet. A radioaktív izotópok engedelmeskednek ennek az elvnek, és rendkívül eltérő bomlási sebességgel rendelkeznek.
Ennek hasznossága abban rejlik, hogy könnyedén kiszámolhatjuk, hogy egy adott elem mekkora mennyiségben volt jelen annak kialakításakor, annak alapján, hogy mennyi van jelen a mérés pillanatában. Ennek oka az, hogy amikor a radioaktív elemek először létrejönnek, vélhetően teljes egészében egyetlen izotópból állnak.
Mivel a radioaktív bomlás idővel bekövetkezik, ennek a leggyakoribb izotópnak egyre több "bomlik" (azaz átalakul) különböző izotóppá vagy izotópokká; ezeket a bomlástermékeket megfelelően nevezzük lánya izotópok.
A felezési idő fagylalt meghatározása
Képzelje el, hogy élvez egy bizonyosfajta, csokoládé chipsszel ízesített fagylaltot. Van egy alattomos, de nem különösebben okos szobatársad, aki nem szereti magát a fagyit, de nem tud ellenállni a zseton elfogyasztása - és az észlelés elkerülése érdekében minden elfogyasztottat kicserél egy mazsola.
Fél, hogy ezt az összes csokoládé chips-szel megteszi, ezért ehelyett minden nap a maradék csokoládé számának felét chipset és mazsolát tesz a helyükre, soha nem fejezi be teljesen a desszert ördögi átalakítását, de egyre közelebb kerül és közelebb.
Mondjon egy második barátot, aki tisztában van ezzel az elrendezéssel, és meglátogatja, hogy a doboz fagylalt 70 mazsolát és 10 csokoládé chipset tartalmaz. A nő kijelenti: "Azt hiszem, körülbelül három napja jártál vásárolni." Honnan tudja ezt?
Egyszerű: Biztosan összesen 80 zsetonnal kezdtél, mert most 70 + 10 = 80 adalék van a fagylaltodhoz. Mivel szobatársa az adott napon a chipek felét eszi meg, és nem fix számot, a doboznak előző nap 20, előtte 40 és előző nap 80 chipet kellett tartalmaznia.
A radioaktív izotópokat tartalmazó számítások formálisabbak, de ugyanazt az alapelvet követik: Ha ismeri a radioaktív elem felezési idejét és meg tudja mérni, hogy az egyes izotópok mekkora mennyiségben vannak jelen, akkor megtudhatja, hogy a kövület, a kőzet vagy más entitás milyen korban származik.
A radiometrikus randevúk legfontosabb egyenletei
A felezési idejű elemekről azt mondják, hogy engedelmeskednek a első rendelés bomlási folyamat. Van egy úgynevezett sebességi állandójuk, amelyet általában k-val jelölnek. Az induláskor jelenlévő atomok száma (N0), az N méréskor jelenlévő szám az eltelt t idő és a k sebességi állandó két matematikailag egyenértékű módon írható fel:
Ezenkívül érdemes tudni a tevékenység A minta A, jellemzően másodpercenkénti szétesésekben vagy dps-ben mérve. Ezt egyszerűen a következőként fejezzük ki:
A = kt
Nem kell tudnia, hogyan származtatják ezeket az egyenleteket, de fel kell készülnie azok használatára, így megoldva a radioaktív izotópokkal kapcsolatos problémákat.
A radiometrikus randevú felhasználása
A fosszília vagy a kőzet korának kiderítésében érdekelt tudósok egy mintát elemeznek annak meghatározására egy adott radioaktív elem leány izotópjának (vagy izotópjainak) aránya a szülő izotóphoz abban minta. Matematikailag a fenti egyenletekből ez N / N0. Az elem bomlási sebességével és ennélfogva az előre ismert felezési idejével az életkor kiszámítása egyszerű.
A trükk abban rejlik, hogy megtudjuk, hogy a különféle radioaktív izotópok közül melyiket kell keresni. Ez viszont az objektum várható várható életkorától függ, mivel a radioaktív elemek rendkívül eltérő sebességgel bomlanak le.
Ezenkívül nem minden dátumozandó objektumnak lesz minden általánosan használt eleme; csak akkor datálhat elemeket adott randevú technikával, ha azok tartalmazzák a szükséges vegyületet vagy vegyületeket.
Példák radiometrikus randevúra
Urán-ólom (U-Pb) datálás: A radioaktív urán kétféle formában létezik: urán-238 és urán-235. A szám a protonok és a neutronok számára utal. Az urán atomszáma 92, amely megfelel a protonok számának. amelyek ólom-206-ra és ólom-207-re bomlanak.
Az urán-238 felezési ideje 4,47 milliárd év, míg az urán-235 704 millió év. Mivel ezek csaknem hétszer különböznek egymástól (emlékezzünk arra, hogy egy milliárd 1000-szeres millió), ez "ellenőrzést" bizonyít győződjön meg róla, hogy megfelelően kiszámolja a kőzet vagy a kövület életkorát, ezzel a legpontosabb radiometrikus dátum közé tartozik mód.
A hosszú felezési idő miatt ez az ismerkedési technika különösen régi, körülbelül 1 milliótól 4,5 milliárd éves anyagig alkalmas.
Az U-Pb datálás bonyolult a játékban lévő két izotóp miatt, de ez a tulajdonság az is, ami annyira pontos. A módszer technikailag is kihívást jelent, mert az ólom sokféle kőzetből "szivároghat", néha megnehezítve vagy lehetetlenné téve a számításokat.
Az U-Pb datálást gyakran használják a magmás (vulkanikus) kőzetek datálására, amit a kövületek hiánya miatt nehéz megtenni; metamorf kőzetek; és nagyon régi sziklák. Mindezeket nehéz összehasonlítani az itt leírt egyéb módszerekkel.
Rubídium-stroncium (Rb-Sr) datálás:Radioaktív a rubídium-87 stroncium-87-re bomlik, felezési ideje 48,8 milliárd év. Nem meglepő, hogy a Ru-Sr datálást nagyon régi kőzetekre datálják (olyan régi, mint a Föld, valójában, mivel a Föld "csak" 4,6 milliárd év körüli).
A stroncium más stabil (azaz bomlásra nem hajlamos) izotópokban, beleértve a stroncium-86, -88 és -84, más természetes organizmusokban, kőzetekben stb. Stabil mennyiségben található meg. De mivel a rubídium-87 bővelkedik a földkéregben, a stroncium-87 koncentrációja sokkal magasabb, mint a stroncium többi izotópja.
A tudósok ezután összehasonlíthatják a stroncium-87 és a stabil stroncium izotópok teljes mennyiségének arányát, hogy kiszámítsák a bomlás szintjét, amely a stroncium-87 kimutatott koncentrációját eredményezi.
Ezt a technikát gyakran használják a mai napig magmás kőzetek és nagyon régi sziklák.
Kálium-argon (K-Ar) datálás: A radioaktív kálium-izotóp a K-40, amely bomlik kalciumba (Ca) és argonban (Ar) egyaránt 88,8% kalcium és 11,2% argon-40 arányban.
Az argon nemesgáz, ami azt jelenti, hogy nem reagál, és nem lenne része kőzetek vagy kövületek kezdeti képződésének. A sziklákban vagy kövületekben található argonnak tehát ennek a fajta radioaktív bomlásnak kell lennie.
A kálium felezési ideje 1,25 milliárd év, így ez a technika hasznos a rock kormeghatározásához körülbelül 100 000 évvel ezelőtti minták (a korai emberek korában) és körülbelül 4,3 milliárd évekkel ezelőtt. A kálium nagyon bőséges a Földön, ezért kiválóan alkalmas randevúzásra, mert bizonyos szinteken megtalálható a legtöbbféle mintában. Jó magmás kőzetek (vulkanikus kőzetek) keltezésére.
Carbon-14 (C-14) keltezés: A 14-es szén a légkörből jut be az organizmusokba. Amikor a szervezet meghal, akkor már nem szén-14 izotóp bejuthat a szervezetbe, és ettől kezdve kezd bomlani.
A szén-14 az összes módszer közül a legrövidebb felezési idő alatt (5730 év) bomlik nitrogénné-14-gyé, ami tökéletesen alkalmas új vagy újabb kövületek keltezésére. Leginkább csak szerves anyagokhoz, azaz állati és növényi kövületekhez használják. A Carbon-14 nem használható 60 000 évnél idősebb mintákhoz.
Az élő szervezetek szöveteiben a szén-12 és a szén-14 aránya mindenkor azonos. Amikor egy szervezet meghal, amint azt megjegyeztük, abbahagyja az új szén beépülését a szöveteibe, és így a szén-14 és a nitrogén-14 közötti későbbi bomlás megváltoztatja a 12-es szén és a 14-szén arányát. Összehasonlítva az elhalt anyagban a szén-12 és a szén-14 arányát a szervezet élettartamával, a tudósok megbecsülhetik a szervezet halálának dátumát.