რადიომეტრიული გაცნობა: განმარტება, როგორ მუშაობს, იყენებს და მაგალითებს

თუ გსურთ იცოდეთ რამდენი წლის არის ვინმე ან რამე, შეგიძლიათ უყუროთ უბრალოდ დასმულ კითხვებს ან გუგლინგს, რომ მიიღოთ ზუსტი პასუხი. ეს ეხება ყველაფერს, თანაკლასელის ასაკიდან დაწყებული, ამერიკის შეერთებული შტატების სუვერენული ერის არსებობის წლებამდე (243 და 2019 წლის ჩათვლით).

რაც შეეხება ანტიკურ საგნების ეპოქას, ახლადაღმოჩენილი ნამარხიდან დაწყებული დედამიწა თვითონ?

რა თქმა უნდა, შეგიძიათ ინტერნეტი და სწრაფად გაიგოთ, რომ სამეცნიერო კონსენსუსი განსაზღვრავს პლანეტის ასაკს დაახლოებით 4,6 მილიარდი წელი. მაგრამ Google- მა ეს რიცხვი არ მოიგონა; სამაგიეროდ, ეს ადამიანის გონებამახვილობამ და გამოყენებულმა ფიზიკამ უზრუნველყო.

კერძოდ, პროცესი ე.წ. რადიომეტრიული დათარიღება მეცნიერებს საშუალებას აძლევს დაადგინონ საგნების ასაკი, ქანების ასაკის ჩათვლით, დაწყებული ათასობით წლიდან მილიარდობით წლამდე და საოცარი სიზუსტით.

ეს ეყრდნობა ძირითადი მათემატიკის დადასტურებულ კომბინაციას და სხვადასხვა ქიმიური ელემენტის ფიზიკური თვისებების ცოდნას.

Გაგება რადიომეტრიული გაცნობის ტექნიკაპირველ რიგში უნდა გესმოდეთ რა იზომება, როგორ ხდება გაზომვა და როგორც გაზომვის სისტემის თეორიული და პრაქტიკული შეზღუდვები.

როგორც ანალოგია, თქვით, რომ გაინტერესებთ: "რამდენად თბილია (ან ცივი) გარეთ?" რასაც თქვენ რეალურად ეძებთ აქ არის ტემპერატურა, რაც ფუნდამენტურად აღწერს იმას, თუ რამდენად სწრაფად მოძრაობენ და ეჯახებიან ერთმანეთში ჰაერის მოლეკულები, თარგმნილია მოსახერხებელ რიცხვად. თქვენ გჭირდებათ მოწყობილობა ამ აქტივობის გასაზომად (თერმომეტრი, რომლის სხვადასხვა სახეობაც არსებობს).

თქვენ ასევე უნდა იცოდეთ როდის შეგიძლიათ ან არ შეგიძლიათ გამოიყენოთ კონკრეტული ტიპის მოწყობილობა თქვენს წინაშე დაკისრებულ ამოცანებზე; მაგალითად, თუ გსურთ იცოდეთ რამდენად ცხელი არის აქტიური გაზქურის შიგნით, ეს ალბათ გესმით საყოფაცხოვრებო თერმომეტრის განთავსება, რომელიც მიზნად ისახავს სხეულის ტემპერატურის გაზომვას, არ აპირებს ამის დამტკიცებას გამოსადეგი

გაითვალისწინეთ ისიც, რომ მრავალი საუკუნის განმავლობაში ადამიანთა უმეტესობამ "იცის" ქანების ხანის, ისეთი წარმონაქმნების შესახებ, როგორიცაა გრანდ კანიონი და თქვენს გარშემო ყველაფერი დანარჩენი იყო ნაჩვენები ბიბლიის გენეზისიდან, რომელშიც ნათქვამია, რომ მთელი კოსმოსი შეიძლება იყოს 10,000 წლის.

თანამედროვე გეოლოგიურ მეთოდებს ზოგჯერ ეკლიანი აღმოჩნდა ასეთი პოპულარული, მაგრამ უცნაური და მეცნიერულად დაუსაბუთებელი წარმოდგენების წინაშე.

რადიომეტრიული დათარიღება ისარგებლებს იმ ფაქტით, რომ გარკვეული მინერალების შემადგენლობა (ქანები, ნამარხი და სხვა მეტად გამძლე ობიექტები) დროთა განმავლობაში იცვლება. კერძოდ, მათი შემადგენელი ნაწილის ფარდობითი რაოდენობა ელემენტები გადაადგილება მათემატიკურად პროგნოზირებადი გზით ფენომენის წყალობით რადიოაქტიური დაშლა.

ეს თავის მხრივ ეყრდნობა ცოდნას იზოტოპები, ზოგი მათგანი "რადიოაქტიურია" (ანუ, ისინი სპონტანურად გამოყოფენ სუბატომიურ ნაწილაკებს ცნობილი სიჩქარით).

იზოტოპები არის ერთი და იგივე ელემენტის სხვადასხვა ვერსია (მაგალითად, ნახშირბადი, ურანი, კალიუმი); მათ აქვთ იგივე რაოდენობა პროტონები, რის გამოც არ იცვლება ელემენტის იდენტურობა, არამედ სხვადასხვა რიცხვი ნეიტრონები.

• თქვენ, სავარაუდოდ, შეხვდებით ადამიანებსა და სხვა წყაროებს, რომლებიც რადიომეტრიულ დათარიღების მეთოდებს ზოგადად უწოდებენ "რადიოკარბონის დათარიღებას" ან უბრალოდ "ნახშირბადის დათარიღება". ეს უფრო ზუსტი არ არის, ვიდრე 5K, 10K და 100-კილომეტრიანი სარბოლო რბოლა "მარათონებად" მოხსენიება და რატომ შეიტყობთ ცოტა

ბუნებაში ზოგიერთი რამ მეტ-ნაკლებად მუდმივი ტემპით ქრება, იმისდა მიუხედავად, რამდენს დაიწყებს და რამდენს რჩება. მაგალითად, გარკვეული წამლები, ეთილის სპირტის ჩათვლით, მეტაბოლიზდება სხეულის მიერ საათში გრამის ფიქსირებული რაოდენობით (ან რომელი ერთეულია ყველაზე მოსახერხებელი). თუ ვინმეს აქვს ხუთი სასმელის ექვივალენტი სისტემაში, სხეულს ხუთჯერ მეტი დრო სჭირდება ალკოჰოლის გასუფთავებას, ვიდრე ეს იქნებოდა, თუ მას სისტემაში ჰქონდა ერთი სასმელი.

ბევრი ნივთიერება, როგორც ბიოლოგიური, ისე ქიმიური, განსხვავებულ მექანიზმს შეესაბამება: მოცემულში დროის პერიოდის განმავლობაში, ნივთიერების ნახევარი გაქრება ფიქსირებულ დროში, რამდენიც არ უნდა დაიწყოს თან. ამბობენ, რომ ასეთ ნივთიერებებს აქვთ ა ნახევარი ცხოვრება. რადიოაქტიური იზოტოპები ემორჩილებიან ამ პრინციპს და მათ აქვთ ძალიან განსხვავებული დაშლის სიჩქარე.

ამის სარგებლობა მდგომარეობს იმაში, რომ მარტივად გამოვთვალოთ რამდენი იყო მოცემული ელემენტი მისი წარმოქმნის დროს, იმის მიხედვით, თუ რა არის გაზომვის დროს. ეს იმიტომ ხდება, რომ როდესაც რადიოაქტიური ელემენტები პირველად იქმნება, სავარაუდოდ, ისინი მთლიანად შედგება ერთი იზოტოპისგან.

რაც დროთა განმავლობაში ხდება რადიოაქტიური დაშლა, ამ ყველაზე გავრცელებული იზოტოპის უფრო და უფრო მეტი „დაშლა“ (ანუ გარდაქმნა) ხდება სხვადასხვა იზოტოპად ან იზოტოპად; ამ დაშლის პროდუქტებს სათანადოდ უწოდებენ ქალიშვილი იზოტოპები.

წარმოიდგინეთ, რომ გსიამოვნებთ გარკვეული სახის ნაყინი, რომელსაც არომატიზებული აქვთ შოკოლადის ჩიფსები. თქვენ გყავთ მზაკვრული, მაგრამ არა განსაკუთრებით ჭკვიანი, თანამოსახლე, რომელსაც თავად ნაყინი არ მოსწონს, მაგრამ წინააღმდეგობის გაწევა არ შეუძლია ჩიპების ჭამას - და გამოვლენის თავიდან აცილების მიზნით, იგი ცვლის თითოეულს, რომელსაც მოიხმარს ქიშმიში.

მას ეშინია ამის გაკეთება შოკოლადის ყველა ჩიპსთან ერთად, ამიტომ, ყოველდღე, ის გადაფრენს დარჩენილი შოკოლადის რაოდენობის ნახევარს ჩიფსებს და ქიშმიშს აყენებს მათ ადგილას, არასდროს ასრულებს თქვენი დესერტის ეშმაკურ გარდაქმნას, უფრო ახლოს

თქვით მეორე მეგობარი, რომელმაც იცის ამ შეთანხმების შესახებ, მოინახულებს და შეამჩნევს, რომ თქვენს ყუთში ნაყინი შეიცავს 70 ქიშმიშს და 10 შოკოლადის ჩიფსს. იგი აცხადებს, რომ "მე მგონი, დაახლოებით სამი დღის წინ იყავით საყიდლებზე" საიდან იცის მან ეს?

ეს მარტივია: თქვენ ჯერ 80 ჩიპით უნდა დაიწყოთ, რადგან ახლა ნაყინში 70 + 10 = 80 ჯამური დანამატი გაქვთ. იმის გამო, რომ თქვენი თანამოსახლე ჭამს ჩიპების ნახევარს მოცემულ დღეს და არა ფიქსირებულ რაოდენობას, მუყაოს უნდა ჰქონოდა 20 ჩიპი წინა დღეს, 40 წინა დღეს, და 80 წინა დღეს.

რადიოაქტიური იზოტოპების მონაწილეობით გამოთვლები უფრო ფორმალურია, მაგრამ იგივე პრინციპს ემსახურება: თუ იცით რადიოაქტიური ელემენტის ნახევარგამოყოფის პერიოდი და შეგიძლიათ გაზომოთ რამდენი იზოტოპია, შეგიძლიათ გაარკვიოთ ნამარხი, კლდე ან სხვა ობიექტი, რომლის დროსაც იგი მოდის.

როგორც ამბობენ, ელემენტები, რომლებსაც აქვთ ნახევარგამოყოფის პერიოდი, ემორჩილებიან ა პირველი შეკვეთა დაშლის პროცესი. მათ აქვთ ის, რაც ცნობილია, როგორც სიჩქარის მუდმივა, რომელიც ჩვეულებრივ აღინიშნება k- ით. კავშირი დასაწყისში არსებული ატომების რაოდენობას შორის (N₀), გაზომვის დროს არსებული რიცხვი N გასული დრო t და სიჩქარის მუდმივა k შეიძლება დაიწეროს მათემატიკურად ექვივალენტური გზით:

N = N₀ე^.Kt

ან

ln [N / N₀] = −kt

გარდა ამისა, თქვენ შეიძლება გსურთ იცოდეთ საქმიანობა ნიმუში A, რომელიც ჩვეულებრივ იზომება დაშლა წამში ან dps. ეს გამოიხატება უბრალოდ შემდეგნაირად:

A = კტ

თქვენ არ გჭირდებათ იცოდეთ როგორ ხდება ეს განტოლებები, მაგრამ მზად უნდა იყოთ მათი გამოყენება, რათა გადაჭრას პრობლემები რადიოაქტიური იზოტოპებით.

მეცნიერები, რომლებიც დაინტერესებულნი არიან გაარკვიონ ნამარხი ან კლდის ასაკი, აანალიზებენ ნიმუშს, რათა დადგინონ მოცემული რადიოაქტიური ელემენტის ქალიშვილი იზოტოპის (ან იზოტოპების) თანაფარდობა ამით მის მშობელ იზოტოპთან ნიმუში. მათემატიკურად, ზემოთ მოცემული განტოლებებიდან, ეს არის N / N₀. ელემენტის დაშლის სიჩქარით და, შესაბამისად, მისი ნახევარგამოყოფის პერიოდი, რომელიც წინასწარ არის ცნობილი, მისი ასაკის გაანგარიშება მარტივია.

ხრიკი არის იმის ცოდნა, თუ რომელი სხვადასხვა რადიოაქტიური იზოტოპისგან უნდა მოძებნოთ. ეს თავის მხრივ დამოკიდებულია ობიექტის სავარაუდო მოსალოდნელ ასაკში, რადგან რადიოაქტიური ელემენტები იშლება ძალიან განსხვავებული სიჩქარით.

ასევე, დათარიღების ყველა ობიექტში არ იქნება გამოყენებული თითოეული ელემენტი; დათარიღებული დათარიღებული ტექნიკით თარიღის დათარიღება შეგიძლიათ მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ ისინი შეიცავს საჭირო ნაერთს ან ნაერთებს.

ურანის ტყვიის (U-Pb) დათარიღება: რადიოაქტიური ურანი ორი ფორმისაა, ურანი -238 და ურანი -235. რიცხვი ეხება პროტონის პლუს ნეიტრონების რიცხვს. ურანის ატომური რიცხვია 92, რაც შეესაბამება მის პროტონებს. რომლებიც იშლება შესაბამისად ტყვიად -206 და ტყვიად -207.

ურანის -238 ნახევარგამოყოფის პერიოდი 4,47 მილიარდი წელია, ხოლო ურანის -235 არის 704 მილიონი წელი. იმის გამო, რომ ეს განსხვავდება თითქმის შვიდი ფაქტორით (შეგახსენებთ, რომ მილიარდი არის მილიონზე მეტი მილიონი), ეს ადასტურებს "შემოწმებას" დარწმუნდით, რომ სწორად გაანგარიშებთ კლდის ან ნამარხის ასაკს, რაც ყველაზე ზუსტ რენტგენოლოგიურ დათარიღებას შორისაა მეთოდები

ხანგრძლივი ნახევარგამოყოფის პერიოდი ამ დათარიღების ტექნიკას განსაკუთრებით ძველ მასალებს ქმნის, დაახლოებით 1 მილიონიდან 4,5 მილიარდ წლამდე.

U-Pb დათარიღება რთულია სათამაშო ორი იზოტოპის გამო, მაგრამ ეს თვისებაც არის ის, რაც ასე ზუსტს ხდის მას. მეთოდი ასევე ტექნიკური თვალსაზრისით რთულია, რადგან ტყვიას შეუძლია “გაჟონოს” მრავალი ტიპის კლდეებიდან, ზოგჯერ გაანგარიშებები გაძნელდება ან შეუძლებელია.

U-Pb დათარიღებას ხშირად იყენებენ ცეცხლოვანი (ვულკანური) ქანების დასათარიღებლად, რომელთა გაკეთება ძნელია ნაშთების ნაკლებობის გამო; მეტამორფული ქანები; და ძალიან ძველი კლდეები. ყველა ჩამოთვლილი ძნელია აქ აღწერილი სხვა მეთოდების შესახებ.

რუბიდიუმ-სტრონციუმი (Rb-Sr) დათარიღება:რადიოაქტიური რუბიდიუმი -87 იშლება სტრონციუმ -87-ში, ხოლო ნახევარგამოყოფის პერიოდი 48.8 მილიარდი წელია. გასაკვირი არ არის, რომ Ru-Sr დათარიღება გამოიყენება ძალიან ძველი კლდეების დათარიღებისთვის (როგორც დედამიწა, სინამდვილეში, რადგან დედამიწა "მხოლოდ" დაახლოებით 4,6 მილიარდი წლისაა).

სტრონციუმი არსებობს სხვა სტაბილურ (ანუ დაშლისადმი მიდრეკილებულ) იზოტოპებში, მათ შორის სტრონციუმი -86, -88 და -84, სტაბილური რაოდენობით სხვა ბუნებრივ ორგანიზმებში, ქანებში და ა.შ. მაგრამ იმის გამო, რომ რუბიდიუმ-87 უხვადაა დედამიწის ქერქში, სტრონციუმის -87 კონცენტრაცია გაცილებით მაღალია, ვიდრე სტრონციუმის სხვა იზოტოპების.

ამის შემდეგ მეცნიერებს შეუძლიათ შეადარონ სტრონციუმის 87-ის და სტაბილური სტრონციუმის იზოტოპების საერთო რაოდენობის შედარება დაშლის დონის გამოსათვლელად, რომელიც წარმოქმნის სტრონციუმ-87-ის გამოვლენილ კონცენტრაციას.

ამ ტექნიკას ხშირად იყენებენ დღემდე ცეცხლოვანი ქანები და ძალიან ძველი კლდეები.

კალიუმ-არგონის (K-Ar) დათარიღება: რადიოაქტიური კალიუმის იზოტოპია K-40, რომელიც იშლება როგორც კალციუმში (Ca), ისე არგონში (Ar), თანაფარდობა 88,8 პროცენტი კალციუმისა და 11,2 პროცენტი არგონ -40.

არგონი არის კეთილშობილი გაზი, რაც ნიშნავს, რომ იგი არარეაქტიურია და არ წარმოადგენს რაიმე ქანების ან ნამარხების საწყისი ფორმირების ნაწილს. ნებისმიერი არგონი, რომელიც კლდეებში ან ნამარხებში არის ნაპოვნი, ამგვარი რადიოაქტიური გახრწნის შედეგი უნდა იყოს.

კალიუმის ნახევარგამოყოფის პერიოდი 1,25 მილიარდი წელია, რაც ამ ტექნიკას გამოსადეგია როკის დათარიღებისთვის ნიმუშები დაწყებული დაახლოებით 100,000 წლის წინ (ადრეული ადამიანების ასაკში) დაახლოებით 4,3 მილიარდი წლების წინ. კალიუმი ძალიან ბევრია დედამიწაზე, რაც მას შესანიშნავად ხდის დათარიღებისთვის, რადგან ის ზოგიერთ დონეზე გვხვდება უმეტეს ნიმუშებში. კარგია ცეცხლოვანი ქანების (ვულკანური ქანების) დათარიღებისთვის.

ნახშირბადის -14 (C-14) დათარიღება: ნახშირბადი -14 ორგანიზმებში შედის ატმოსფეროდან. როდესაც ორგანიზმი იღუპება, აღარ არის ნახშირბადი -14 იზოტოპი შეუძლია შევიდეს ორგანიზმში და ის დაიწყებს დაშლას იმ მომენტიდან.

ნახშირბადი -14 იშლება აზოტ-14-ში, ყველა მეთოდიკის უმოკლესი ნახევარგამოყოფის პერიოდიდან (5730 წელი), რაც მას შესანიშნავად ხდის ახალი ან ბოლოდროინდელი ნაშთების დათარიღებისთვის. იგი ძირითადად მხოლოდ ორგანული მასალებისთვის, ანუ ცხოველებისა და მცენარეების ნამარხებისთვის გამოიყენება. Carbon-14 არ შეიძლება გამოყენებულ იქნას 60,000 წელზე უფროსი ასაკის ნიმუშებისთვის.

მოცემულ დროს, ცოცხალი ორგანიზმების ქსოვილებს აქვთ იგივე ნახშირბად -12 და ნახშირბადი -14 თანაფარდობა. როდესაც ორგანიზმი იღუპება, როგორც აღინიშნა, იგი წყვეტს ახალი ნახშირბადის შეტანას მის ქსოვილებში, ამიტომ ნახშირბადო -14-ის აზოტ-14-ის შემდგომი დაშლა ცვლის ნახშირბად -12-ნახშირბადი -14-ის თანაფარდობას. მკვდარ ნივთიერებებში ნახშირბად -12 და ნახშირბადი -14 თანაფარდობის შედარებით, თუ ეს ორგანიზმი ცოცხალია, მეცნიერებს შეუძლიათ შეაფასონ ორგანიზმის გარდაცვალების თარიღი.