Jika Anda ingin tahu berapa usia seseorang atau sesuatu, Anda biasanya dapat mengandalkan beberapa kombinasi dari sekadar mengajukan pertanyaan atau Googling untuk sampai pada jawaban yang akurat. Ini berlaku untuk segala hal mulai dari usia teman sekelas hingga jumlah tahun Amerika Serikat telah ada sebagai negara berdaulat (243 dan terus bertambah pada 2019).
Tapi bagaimana dengan usia benda-benda purbakala, dari fosil yang baru ditemukan hingga usianya? Bumi diri?
Tentu, Anda dapat menjelajahi Internet dan belajar dengan lebih cepat bahwa konsensus ilmiah menyematkan usia planet sekitar 4,6 miliar tahun. Tapi Google tidak menemukan nomor ini; sebaliknya, kecerdikan manusia dan fisika terapan telah menyediakannya.
Secara khusus, sebuah proses yang disebut penanggalan radiometrik memungkinkan para ilmuwan untuk menentukan usia objek, termasuk usia batu, mulai dari ribuan tahun hingga miliaran tahun hingga tingkat akurasi yang luar biasa.
Ini bergantung pada kombinasi yang terbukti dari matematika dasar dan pengetahuan tentang sifat-sifat fisik dari unsur-unsur kimia yang berbeda.
Kencan Radiometrik: Bagaimana Cara Kerjanya?
Untuk mengerti teknik penanggalan radiometrik, pertama-tama Anda harus memiliki pemahaman tentang apa yang diukur, bagaimana pengukuran dilakukan, dan batasan teoretis serta praktis dari sistem pengukuran yang digunakan.
Sebagai analogi, katakanlah Anda bertanya-tanya, "Seberapa hangat (atau dingin) di luar?" Apa yang sebenarnya Anda cari di sini adalah suhu, yang pada dasarnya merupakan deskripsi tentang seberapa cepat molekul di udara bergerak dan bertabrakan satu sama lain, diterjemahkan ke dalam angka yang sesuai. Anda memerlukan alat untuk mengukur aktivitas ini (termometer, yang ada berbagai jenisnya).
Anda juga perlu tahu kapan Anda bisa atau tidak bisa menerapkan jenis perangkat tertentu ke tugas yang ada; misalnya, jika Anda ingin tahu seberapa panas di bagian dalam tungku kayu aktif, Anda mungkin mengerti itu meletakkan termometer rumah tangga yang dimaksudkan untuk mengukur suhu tubuh di dalam kompor tidak akan membuktikan bermanfaat.
Sadarilah juga bahwa selama berabad-abad, sebagian besar "pengetahuan" manusia tentang zaman batu, formasi seperti Grand Canyon, dan segala sesuatu yang lain di sekitar Anda didasarkan pada kisah Kejadian dalam Alkitab, yang menyatakan bahwa seluruh kosmos mungkin 10.000 tahun.
Metode geologi modern terkadang terbukti sulit di hadapan gagasan yang populer tetapi kuno dan tidak didukung secara ilmiah.
Mengapa Menggunakan Alat Ini?
Penanggalan radiometrik memanfaatkan fakta bahwa komposisi mineral tertentu (batuan, fosil, dan benda lain yang sangat tahan lama) berubah seiring waktu. Secara khusus, jumlah relatif konstituennya elemen bergeser dengan cara yang dapat diprediksi secara matematis berkat fenomena yang disebut peluruhan radioaktif.
Hal ini pada gilirannya bergantung pada pengetahuan tentang isotop, beberapa di antaranya adalah "radioaktif" (yaitu, mereka secara spontan memancarkan partikel subatomik pada tingkat yang diketahui).
Isotop adalah versi berbeda dari unsur yang sama (misalnya, karbon, uranium, kalium); mereka memiliki jumlah yang sama proton, itulah sebabnya identitas elemen tidak berubah, tetapi jumlah different yang berbeda neutron.
- Anda mungkin menemukan orang dan sumber lain yang merujuk pada metode penanggalan radiometrik secara umum sebagai "penanggalan radiokarbon" atau hanya "penanggalan karbon." Ini tidak lebih akurat daripada menyebut balapan lari 5K, 10K, dan 100 mil sebagai "maraton", dan Anda akan mempelajari alasannya dalam sedikit.
Konsep Waktu Paruh
Beberapa hal di alam menghilang pada tingkat yang kurang lebih konstan, terlepas dari berapa banyak yang ada untuk memulai dan berapa banyak yang tersisa. Misalnya, obat-obatan tertentu, termasuk etil alkohol, dimetabolisme oleh tubuh pada jumlah gram per jam yang tetap (atau unit apa pun yang paling sesuai). Jika seseorang memiliki setara dengan lima minuman dalam sistemnya, tubuh membutuhkan waktu lima kali lebih lama untuk membersihkan alkohol dibandingkan jika ia memiliki satu minuman dalam sistemnya.
Banyak zat, bagaimanapun, baik biologis dan kimia, sesuai dengan mekanisme yang berbeda: periode waktu, setengah dari zat akan hilang dalam waktu yang tetap tidak peduli berapa banyak yang hadir untuk memulai dengan. Zat tersebut dikatakan memiliki setengah hidup. Isotop radioaktif mematuhi prinsip ini, dan mereka memiliki tingkat peluruhan yang sangat berbeda.
Kegunaannya terletak pada kemampuan untuk menghitung dengan mudah berapa banyak elemen tertentu yang ada pada saat itu dibentuk berdasarkan berapa banyak yang ada pada saat pengukuran. Ini karena ketika unsur-unsur radioaktif pertama kali muncul, mereka dianggap seluruhnya terdiri dari satu isotop.
Karena peluruhan radioaktif terjadi dari waktu ke waktu, semakin banyak dari "peluruhan" isotop yang paling umum ini (yaitu, diubah) menjadi isotop atau isotop yang berbeda; produk peluruhan ini secara tepat disebut isotop anak perempuan.
Definisi Es Krim Waktu Paruh
Bayangkan Anda menikmati jenis es krim tertentu yang dibumbui dengan keping cokelat. Anda memiliki teman sekamar yang licik, tetapi tidak terlalu pintar, yang tidak suka es krim itu sendiri, tetapi tidak bisa menolak memilih memakan keripik – dan dalam upaya untuk menghindari deteksi, ia mengganti setiap keripik yang ia konsumsi dengan a kismis.
Dia takut melakukan ini dengan semua keping cokelat, jadi sebagai gantinya, setiap hari, dia menggesek setengah dari jumlah cokelat yang tersisa. keripik dan menempatkan kismis di tempat mereka, tidak pernah cukup menyelesaikan transformasi jahat dari makanan penutup Anda, tetapi semakin dekat dan lebih dekat.
Katakanlah seorang teman kedua yang mengetahui pengaturan ini mengunjungi dan memperhatikan bahwa karton es krim Anda berisi 70 kismis dan 10 keping cokelat. Dia menyatakan, "Saya kira Anda pergi berbelanja sekitar tiga hari yang lalu." Bagaimana dia tahu ini?
Sederhana saja: Anda harus memulai dengan total 80 chip, karena sekarang Anda memiliki 70 + 10 = 80 total aditif untuk es krim Anda. Karena teman sekamar Anda makan setengah dari keripik pada hari tertentu, dan bukan jumlah yang tetap, karton tersebut harus berisi 20 keripik pada hari sebelumnya, 40 pada hari sebelumnya, dan 80 pada hari sebelumnya.
Perhitungan yang melibatkan isotop radioaktif lebih formal tetapi mengikuti prinsip dasar yang sama: Jika Anda mengetahui waktu paruh unsur radioaktif dan dapat mengukur berapa banyak setiap isotop yang ada, Anda dapat mengetahui usia fosil, batuan, atau entitas lain asalnya.
Persamaan Kunci dalam Kencan Radiometrik
Unsur yang memiliki waktu paruh dikatakan memenuhi a pesanan pertama proses pembusukan. Mereka memiliki apa yang dikenal sebagai konstanta laju, biasanya dilambangkan dengan k. Hubungan antara jumlah atom yang ada di awal (N0), jumlah yang ada pada saat pengukuran N waktu yang telah berlalu t, dan konstanta laju k dapat ditulis dalam dua cara yang ekuivalen secara matematis:
Selain itu, Anda mungkin ingin mengetahui aktivitas Sebuah sampel, biasanya diukur dalam disintegrasi per detik atau dps. Ini dinyatakan secara sederhana sebagai:
A = kt
Anda tidak perlu tahu bagaimana persamaan ini diturunkan, tetapi Anda harus siap menggunakannya, jadi selesaikan masalah yang melibatkan isotop radioaktif.
Penggunaan Kencan Radiometrik
Para ilmuwan yang tertarik untuk mengetahui usia fosil atau batuan menganalisis sampel untuk menentukan determine rasio isotop anak unsur radioaktif (atau isotop) yang diberikan dengan isotop induknya dalam Sampel. Secara matematis, dari persamaan di atas, ini adalah N/N0. Dengan laju peluruhan elemen, dan karenanya waktu paruhnya, yang diketahui sebelumnya, menghitung usianya sangatlah mudah.
Triknya adalah mengetahui mana dari berbagai isotop radioaktif umum yang harus dicari. Ini pada gilirannya tergantung pada perkiraan usia objek yang diharapkan karena unsur-unsur radioaktif meluruh pada tingkat yang sangat berbeda.
Juga, tidak semua objek yang akan diberi tanggal akan memiliki masing-masing elemen yang biasa digunakan; Anda hanya dapat menentukan tanggal item dengan teknik penanggalan tertentu jika mereka menyertakan senyawa atau senyawa yang dibutuhkan.
Contoh Penanggalan Radiometrik
Penanggalan uranium-timbal (U-Pb): Uranium radioaktif datang dalam dua bentuk, uranium-238 dan uranium-235. Jumlah mengacu pada jumlah proton ditambah neutron. Nomor atom uranium adalah 92, sesuai dengan jumlah protonnya. yang meluruh menjadi timbal-206 dan timbal-207 masing-masing.
Waktu paruh uranium-238 adalah 4,47 miliar tahun, sedangkan uranium-235 adalah 704 juta tahun. Karena ini berbeda dengan faktor hampir tujuh (ingat bahwa satu miliar adalah 1.000 kali satu juta), itu membuktikan "cek" untuk pastikan Anda menghitung usia batu atau fosil dengan benar, menjadikannya salah satu penanggalan radiometrik yang paling tepat metode.
Waktu paruh yang panjang membuat teknik penanggalan ini cocok untuk bahan yang sangat tua, dari sekitar 1 juta hingga 4,5 miliar tahun.
Penanggalan U-Pb rumit karena dua isotop yang berperan, tetapi sifat ini juga yang membuatnya begitu tepat. Metode ini juga secara teknis menantang karena timbal dapat "bocor" dari banyak jenis batuan, terkadang membuat perhitungan menjadi sulit atau tidak mungkin.
Penanggalan U-Pb sering digunakan untuk menentukan umur batuan beku (vulkanik), yang sulit dilakukan karena kurangnya fosil; batuan metamorf; dan batuan yang sangat tua. Semua ini sulit untuk saat ini dengan metode lain yang dijelaskan di sini.
Penanggalan Rubidium-strontium (Rb-Sr):Radioaktif rubidium-87 meluruh menjadi strontium-87 dengan waktu paruh 48,8 miliar tahun. Tidak mengherankan, penanggalan Ru-Sr digunakan untuk menentukan usia batuan yang sangat tua (setua Bumi, sebenarnya, karena Bumi "hanya" berusia sekitar 4,6 miliar tahun).
Strontium ada di isotop stabil lainnya (yaitu, tidak rentan terhadap pembusukan), termasuk strontium-86, -88 dan -84, dalam jumlah yang stabil di organisme alami lainnya, batuan dan sebagainya. Tetapi karena rubidium-87 berlimpah di kerak bumi, konsentrasi strontium-87 jauh lebih tinggi daripada isotop strontium lainnya.
Para ilmuwan kemudian dapat membandingkan rasio strontium-87 dengan jumlah total isotop strontium stabil untuk menghitung tingkat peluruhan yang menghasilkan konsentrasi strontium-87 yang terdeteksi.
Teknik ini sering digunakan sampai saat ini batu magma dingin dan batuan yang sangat tua.
Penanggalan Kalium-argon (K-Ar): Isotop kalium radioaktif adalah K-40, yang meluruh menjadi kalsium (Ca) dan argon (Ar) dengan perbandingan 88,8 persen kalsium dan 11,2 persen argon-40.
Argon adalah gas mulia, yang berarti tidak reaktif dan tidak akan menjadi bagian dari pembentukan awal batuan atau fosil apa pun. Oleh karena itu, setiap argon yang ditemukan dalam batuan atau fosil pasti merupakan hasil dari peluruhan radioaktif jenis ini.
Waktu paruh kalium adalah 1,25 miliar tahun, membuat teknik ini berguna untuk menentukan usia batu sampel mulai dari sekitar 100.000 tahun yang lalu (selama usia manusia purba) hingga sekitar 4,3 miliar bertahun-tahun lalu. Kalium sangat melimpah di Bumi, membuatnya bagus untuk penanggalan karena ditemukan di beberapa tingkat di sebagian besar jenis sampel. Ini baik untuk penanggalan batuan beku (batuan vulkanik).
Penanggalan Karbon-14 (C-14): Karbon-14 memasuki organisme dari atmosfer. Ketika organisme mati, tidak ada lagi isotop karbon-14 dapat memasuki organisme, dan ia akan mulai membusuk mulai dari titik itu.
Karbon-14 meluruh menjadi nitrogen-14 dalam waktu paruh terpendek dari semua metode (5.730 tahun), yang membuatnya sempurna untuk penanggalan fosil baru atau baru-baru ini. Hal ini sebagian besar hanya digunakan untuk bahan organik, yaitu fosil hewan dan tumbuhan. Karbon-14 tidak dapat digunakan untuk sampel yang berusia lebih dari 60.000 tahun.
Pada waktu tertentu, jaringan organisme hidup semuanya memiliki rasio karbon-12 terhadap karbon-14 yang sama. Ketika suatu organisme mati, seperti disebutkan, ia berhenti memasukkan karbon baru ke dalam jaringannya, dan peluruhan berikutnya dari karbon-14 menjadi nitrogen-14 mengubah rasio karbon-12 terhadap karbon-14. Dengan membandingkan rasio karbon-12 dengan karbon-14 dalam benda mati dengan rasio ketika organisme itu hidup, para ilmuwan dapat memperkirakan tanggal kematian organisme itu.