Munkája geológusok az, hogy elmondja a Föld története valódi történetét - pontosabban, a Föld történetének egyre valóságosabb történetet. Száz évvel ezelőtt kevés elképzelésünk volt a történet hosszáról - nem volt jó mérföldkő az idő számára. Ma izotópos randevú módszerek segítségével szinte azonosíthatjuk a sziklák korait, és magukat a sziklákat is feltérképezhetjük. Ezért megköszönhetjük a múlt század fordulóján felfedezett radioaktivitást.
A geológiai óra szükségessége
Száz évvel ezelőtt homályos volt a sziklák és a Föld korának ötlete. De nyilvánvalóan a sziklák nagyon régi dolgok. A sziklák számából kiindulva, plusz az azokat alkotó folyamatok észlelhetetlen sebessége - erózió, temetés, betokosodás, felemelkedés - a geológiai nyilvántartásnak elmondhatatlan millió évnyi időt kell reprezentálnia. Ez a betekintés, amelyet először 1785-ben fejeztek ki, tette James Hutton-nak a geológia atyjának.
Tehát tudtunk a "mély idő", de annak feltárása frusztráló volt. A történelem megszervezésének legjobb módszere több mint száz éve a fosszilis anyagok vagy a biostratigráfia volt. Ez csak az üledékes kőzetekre működött, és ezeknek csak egy része. A prekambriai kor szikláinak csak a legrosszabb fosszilis hulladékai voltak. Senki sem tudta, hogy a Föld története mekkora része ismeretlen! Szüksége van egy pontosabb eszközre, valamilyen órára, hogy elkezdjem mérni.
Az izotópos randevúk emelkedése
1896-ban Henri Becquerel véletlenszerű radioaktivitás-felfedezése megmutatta, mi lehetséges. Megtudtuk, hogy egyes elemek radioaktív bomláson mennek keresztül, spontán váltva egy másik atomtípusra, miközben energiát és részecskéket bocsátanak ki. Ez a folyamat egyenletes sebességgel, ugyanolyan állandó, mint egy óra, normál hőmérséklettől vagy szokásos kémuktól nem függ.
A radioaktív bomlás randevú módszerének alkalmazása egyszerű. Fontolja meg ezt az analógiát: az égő faszéntel töltött barbecue grill. A faszén ismert sebességgel éget, és ha megméri, mennyi faszén maradt és mennyi hamu képződött, akkor megmondhatja, hogy milyen régre világított a grill.
A grill megvilágításának geológiai egyenértékű értéke abban az időben, amikor egy ásványi gabona megszilárdult, akár régen egy ősi gránitban, akár éppen ma egy friss lávaáramban. A szilárd ásványi gabona becsapja a radioaktív atomok és bomlástermékeik, hozzájárulva a pontos eredmények biztosításához.
Nem sokkal azt követően, hogy felfedezték a radioaktivitást, a kísérletezők közzétették néhány szikla próba dátumát. Mivel rájött, hogy az urán bomlása héliumot eredményez, Ernest Rutherford 1905-ben meghatározta az uránérc-darab korát azáltal, hogy megmérte az abban rekedt hélium mennyiségét. Bertram Boltwood 1907-ben ólmot, az uránbomlás végtermékét alkalmazta módszerként az ásványi uraninit életkorának meghatározására néhány ősi kőzetben.
Az eredmények látványosak, de korai. A sziklák meglepően réginak tűntek, életkoruk 400 milliótól több mint 2-ig terjedt milliárd, ezermillió évek. De akkoriban senki sem tudott az izotópokról. Egyszer izotópokat magyaráztunk, az 1910-es évek során világossá vált, hogy a radiometrikus randevú módszerek nem álltak készen az elsődleges időre.
Az izotópok felfedezésével a randevú-probléma visszatért az első négyzetbe. Például az urán-ólom bomlási kaszkád valójában kettő: az urán-235 ólom-207-re bomlik, az urán-238 pedig ólom-206-ra bomlik, de a második eljárás csaknem hétszer lassabb. (Megcsinálja urán-ólom randi különösen hasznos.) Körülbelül 200 további izotópot fedeztek fel a következő évtizedekben; A radioaktív radioaktív anyagok bomlási sebességét az óvatos laboratóriumi kísérletek során határozták meg.
Az 1940-es évekre ez az alapvető ismeretek és az eszközök fejlődése lehetővé tette a dátumok meghatározásának megkezdését, amelyek valamit jelentnek a geológusok számára. A technikák azonban ma is haladnak, mert minden lépéssel előrehaladhatatlanul sok új tudományos kérdést lehet feltenni és megválaszolni.
Izotópos randevú módszer
Az izotópos randevúzás két fő módja van. Az egyik felismeri és megszámolja a radioaktív atomokat sugárzásuk révén. A radiokarbon úttörői ezt a módszert használják, mert a szén-14, a szén radioaktív izotópja nagyon aktív, pusztulási ideje csupán 5730 év. Az első radioaktív szén-dioxid-laboratóriumokat a föld alatt építették, az 1940-es évek radioaktív szennyeződésének korszakát megelőző antik anyagok felhasználásával azzal a céllal, hogy alacsony a háttér-sugárzás. Ennek ellenére hetekbe telik a betegek számlálása a pontos eredmények elérése érdekében, különösen a régi mintákban, amelyekben nagyon kevés radioaktív szénatom van. Ezt a módszert még ritkán használják nagyon erősen radioaktív izotópokhoz, például a szén-14 és trícium (hidrogén-3).
A geológiai szempontból érdekes bomlási folyamatok túl lassúak a bomlásszámlálási módszerekhez. A másik módszer arra vonatkozik, hogy az egyes izotópok atomjait ténylegesen megszámolják, és nem várja meg, hogy néhányuk lebomlik. Ez a módszer nehezebb, de ígéretesebb. Ez magában foglalja a minták elkészítését és futtatását a tömeg-spektrométer, amely atomokonként szétosztja őket atomok szerint, olyan finoman, mint az érmeszortírozó gépek egyike.
Példaként vegye figyelembe a kálium-argon randevú módszer. A kálium atomjai három izotópot tartalmaznak. A kálium-39 és a kálium-41 stabil, de a kálium-40 bomlásnak olyan formájában megy keresztül, amely argon-40-re alakul, 1,277 millió év felezési ideje van. Így minél idősebb a minta, annál kisebb a kálium-40 százaléka, és fordítva, annál nagyobb az argon-40 százaléka az argon-36-hoz és argon-38-hoz viszonyítva. Néhány millió atom megszámlálása (egyszerűen csak mikrogramm kőzettel) meglehetősen jó dátumokat eredményez.
Az izotópos randevú alávetette a Föld valódi története során elért haladás egész századát. És mi történt azon milliárd év alatt? Ez elég idő ahhoz, hogy illeszkedjen az összes olyan geológiai eseményhez, amelyről valaha is hallottunk, milliárdokkal maradt fenn. De ezekkel a randevú eszközökkel elfoglaltak vagyunk a mély idő felméréséről, és a történet minden évben pontosabbá válik.