věda o Zemi

cíle lekce

• definují rozdíl mezi absolutním věkem a relativním věkem.
• popsat čtyři metody absolutního datování.
• Vysvětlete, co je radioaktivita, a uveďte příklady radioaktivního rozpadu.
• vysvětlete, jak rozpad radioaktivních materiálů pomáhá stanovit věk objektu.
• odhadněte věk objektu vzhledem k poločasu a množství radioaktivních a dceřiných materiálů.,
• uveďte čtyři příklady radioaktivních materiálů, které se používají k datování objektů, a vysvětlete, jak se každý používá.

stromové kroužky

v oblastech mimo tropy rostou stromy v teplých letních měsících rychleji než během chladnější zimy. Tento vzorec růstu má za následek střídání pásem světlého, nízké hustoty “ časného dřeva „a tmavého, vysoké hustoty“pozdního dřeva“. Každý tmavý pás představuje zimu; počítáním prstenů je možné najít věk stromu (obrázek 11.22)., Šířka řady růstových kroužků může poskytnout vodítka k minulým klimatům a různým poruchám, jako jsou lesní požáry. Sucha a další změny klimatu způsobují, že strom roste pomaleji nebo rychleji, než je obvyklé, což se projevuje v šířkách stromových kroužků. Tyto letokruhů změny se objeví ve všech stromů rostoucích v určité oblasti, takže vědci mohou zápas letokruhy živých a mrtvých stromů. Pomocí protokolů získaných ze starých budov a starobylých ruin dokázali vědci porovnat prsteny stromů a vytvořit nepřetržitý záznam stromových kroužků za posledních 2 000 let., Tento rekord stromového prstence se ukázal jako velmi užitečný při vytváření záznamu o změně klimatu a při hledání věku starověkých struktur.

Ledových Jader a Varves

Několik dalších procesů v důsledku hromadění různých ročních vrstev, které mohou být použity pro datování., Například vrstvy se tvoří v ledovcích, protože v létě bývá méně sněžení ,což umožňuje akumulaci tmavé vrstvy prachu na vrcholu zimního sněhu (obrázek 11.23). Pro studium těchto vzorů vědci vrtají hluboko do ledových plechů a produkují jádra dlouhá stovky metrů. Vědci analyzují tato ledová jádra, aby zjistili, jak se klima v průběhu času změnilo, a také změřili koncentrace atmosférických plynů. Nejdelší jádra pomohla vytvořit rekord polárního klimatu táhnoucího se před stovkami tisíc let.,

dalším příkladem ročních vrstev je ukládání sedimentů v jezerech, zejména jezerech, které se nacházejí na konci ledovců. Rychlé tání ledovce v létě vede k hustému písečnému sedimentu. Tyto silné vrstvy se střídají s tenkými vrstvami bohatými na hlínu uloženými během zimy. Výsledné vrstvy, nazývané varves, dávají vědcům vodítka o minulých klimatických podmínkách., Například obzvláště teplé léto může mít za následek velmi silnou vrstvu sedimentu uloženého z tání ledovce. Tenčí varvy mohou naznačovat chladnější léta, protože ledovec se tolik neroztaví a nese tolik sedimentu do jezera.

Age of Earth

zatímco stromové kroužky a další roční vrstvy jsou užitečné pro datování relativně nedávných událostí, nejsou příliš užitečné v obrovském měřítku geologického času., Během 18. a 19. století se geologové pokusili odhadnout věk Země nepřímými technikami. Například geologové měřili, jak rychle proudy ukládaly sediment, aby se pokusili vypočítat, jak dlouho proud existoval. Není divu, že tyto metody vyústily v divoce různých odhadů, od několika milionů let „kvadriliony let“. Asi nejspolehlivější z těchto odhadů byl produkován Britský geolog Charles Lyell, který odhaduje, že 240 milionů let, které uplynuly od objevení prvních zvířat s mušlí., Dnes vědci vědí, že jeho odhad byl příliš mladý; víme, že k tomu došlo asi před 530 miliony let.

v roce 1892 William Thomson (později známý jako Lord Kelvin) vypočítal věk Země systematickým způsobem (obrázek 11.24). Předpokládal, že země začala jako koule roztavené horniny, která se v průběhu času neustále ochlazovala. Z těchto předpokladů vypočítal, že Země je stará 100 milionů let. Tento odhad byl ranou pro geology a příznivce teorie evoluce Charlese Darwina,což vyžadovalo, aby starší země poskytla čas na vývoj.,

Thomsonovy výpočty se však brzy ukázaly jako chybné, když byla radioaktivita objevena v roce 1896. Radioaktivita je tendence některých atomů rozpadat se na lehčí atomy, vyzařující energii v procesu. Radioaktivní materiály v interiéru země poskytují stálý zdroj tepla. Výpočty věku Země pomocí radioaktivního rozpadu ukázaly, že Země je ve skutečnosti mnohem starší, než vypočítal Thomson.

radioaktivní rozpad

objev radioaktivních materiálů více než vyvrátil Thomsonův odhad věku Země., Poskytl způsob, jak najít absolutní věk skály. Abychom pochopili, jak se to dělá, je třeba přezkoumat některé skutečnosti o atomech.

atomy obsahují tři částice: protony, neutrony a elektrony. Protony a neutrony jsou umístěny v jádru, zatímco elektrony obíhají kolem jádra. Počet protonů určuje, který prvek zkoumáte. Například všechny atomy uhlíku mají šest protonů, všechny atomy kyslíku mají osm protonů a všechny atomy zlata mají 79 protonů. Počet neutronů je však variabilní., Atom prvku s různým počtem neutronů je izotop tohoto prvku. Například izotop carbon-12 obsahuje ve svém jádru 6 neutronů, zatímco izotop carbon-13 má 7 neutronů.

některé izotopy jsou radioaktivní, což znamená, že jsou nestabilní a pravděpodobně se rozpadají. To znamená, že atom se spontánně změní z nestabilní formy na stabilní formu. Existují dvě formy jaderného rozpadu, které jsou relevantní v tom, jak geologové mohou datovat horniny (tabulka (11.,1):

Částice	Složení	Vliv na Jádro
Alpha	2 protony, 2 neutrony	jádro obsahuje dva méně protony a dva neutrony méně.
Beta	1 elektron	Jeden neutron se rozpadá na formě protonu a elektronu, který je emitován.

Pokud prvek se rozpadne, ztrácí alfa částice, ztratí 2 protony a 2 neutrony., Pokud se atom rozpadne ztrátou beta částice, ztratí pouze jeden elektron.

Co to má společného s věkem země? Radioaktivní rozpad nakonec vede k tvorbě stabilních dceřiných produktů. Radioaktivní materiály se rozpadají ve známých rychlostech. Jak plyne čas, podíl radioaktivních izotopů se sníží a podíl dceřiných izotopů se zvýší. Hornina s relativně vysokým podílem radioaktivních izotopů je pravděpodobně velmi mladá, zatímco skála s vysokým podílem dceřiných produktů je pravděpodobně velmi stará.,

vědci měří rychlost radioaktivního rozpadu jednotkou zvanou half-life. Poločas rozpadu radioaktivní látky je množství času, v průměru trvá, než se polovina atomů rozpadne. Představte si například radioaktivní látku s poločasem rozpadu jednoho roku. Když se vytvoří hornina, obsahuje určitý počet radioaktivních atomů. Po jednom roce (jeden poločas) se polovina radioaktivních atomů rozpadla a vytvořila stabilní dceřiné produkty a 50% radioaktivních atomů zůstává., Po dalším roce (dva poločasy) se polovina zbývajících radioaktivních atomů rozpadla a 25% radioaktivních atomů zůstává. Po třetím roce (tři poločasy) zůstává 12,5% radioaktivních atomů. Po čtyřech letech (čtyři poločasy) zůstává 6,25% radioaktivních atomů a po 5 letech (pět poločasů) zůstává pouze 3,125% radioaktivních atomů.

Pokud zjistíte, rock, jehož radioaktivní materiál má poločas rozpadu jeden rok a opatření 3.125% radioaktivní atomy a 96.875% dcera atomy, lze předpokládat, že látka je 5 let., Rozpad radioaktivních materiálů lze znázornit grafem (obrázek 11.25). Pokud najdete skálu se zbývajícími 75% radioaktivních atomů,o tom, jak je stará?

radiometrické datování hornin

v procesu radiometrického datování se k datování hornin a jiných materiálů používá několik izotopů. Použití několika různých izotopů pomáhá vědcům kontrolovat přesnost věků, které vypočítávají.,

uhlíkové datování

zemská atmosféra obsahuje tři izotopy uhlíku. Uhlík-12 je stabilní a představuje 98,9% atmosférického uhlíku. Uhlík-13 je také stabilní a představuje 1,1% atmosférického uhlíku. Uhlík-14 je radioaktivní a Nachází se v malých množstvích. Uhlík-14 se přirozeně vytváří v atmosféře, když kosmické paprsky interagují s atomy dusíku. Množství uhlíku-14 produkovaného v atmosféře v určitém čase bylo v průběhu času relativně stabilní.

radioaktivní uhlík-14 se rozkládá na stabilní dusík-14 uvolněním beta částice., Atomy dusíku jsou ztraceny v atmosféře, ale množství rozpadu uhlíku-14 lze odhadnout měřením podílu radioaktivního uhlíku-14 na stabilní uhlík-12. Jak látka stárne, relativní množství uhlíku-14 klesá.

uhlík je odstraněn z atmosféry rostlinami během procesu fotosyntézy. Zvířata konzumují tento uhlík, když jedí rostliny nebo jiná zvířata, která jedla rostliny. Proto uhlík-14 chodit s někým lze použít k dnešnímu dni rostlinných a živočišných zbytků. Příklady zahrnují dřevo ze staré budovy, kosti, nebo popel z ohniště., Uhlíkové datování lze účinně použít k nalezení věku materiálů ve věku mezi 100 a 50 000 lety.

Draslík-Argon Seznamka

Draslík-40 se rozpadá na argon-40 s poločasem rozpadu 1,26 miliardy let. Protože argon je plyn, může uniknout z roztaveného magmatu nebo lávy. Proto jakýkoli argon, který se nachází v krystalu, pravděpodobně vznikl v důsledku rozpadu draslíku-40. Měření poměru draslíku-40 k argonu-40 přinese dobrý odhad věku vzorku.

draslík je běžný prvek nalezený v mnoha minerálech, jako je živec, slída a amfibol., Tato technika může být použita k dnešnímu dni vyvřelé horniny od 100 000 let do více než miliardy let. Protože to může být použit k dnešnímu dni geologicky mladý materiály, technika byla užitečná v odhadování věku vkladů obsahující kosti předků člověka.

uran-olovo chodit s někým

dva izotopy uranu se používají pro radiometrické datování. Uran-238 se rozkládá a tvoří olovo-206 s poločasem rozpadu 4,47 miliardy let. Uran-235 se rozkládá na olovo-207 s poločasem rozpadu 704 milionů let.

datování uranu a olova se obvykle provádí na krystalech minerálního zirkonu (obrázek 11.,26). Když se zirkon tvoří v vyvřelé hornině, krystaly snadno přijímají atomy uranu, ale odmítají atomy olova. Pokud se tedy nějaký olovo nachází v krystalu zirkonu, lze předpokládat, že byl vyroben z rozpadu uranu.

datování uranového olova lze použít k datování vyvřelých hornin od 1 milionu let do přibližně 4, 5 miliardy let. Jedny z nejstarších hornin na Zemi byly datovány pomocí této metody, včetně zirkon krystaly z Austrálie, které jsou 4,4 miliardy let staré.,

omezení radiometrického datování

radiometrické datování lze použít pouze na materiály, které obsahují měřitelné množství radioaktivních materiálů a jejich dceřiných produktů. To zahrnuje organické zbytky (které jsou ve srovnání s horninami relativně mladé, staré méně než 100 000 let) a starší horniny. V ideálním případě bude k dnešnímu dni stejné horniny použito několik různých radiometrických technik. Dohoda mezi těmito hodnotami naznačuje, že vypočtený věk je přesný.,

obecně platí, že radiometrické datování funguje nejlépe pro vyvřelé horniny a není příliš užitečné pro stanovení věku sedimentárních hornin. Odhadnout věk sedimentárního horninového ložiska, geologové hledají blízké nebo propletené vyvřelé horniny, které lze datovat. Například, pokud je sedimentární horninová vrstva vložena mezi dvě vrstvy sopečného popela, její věk je ve věku mezi dvěma vrstvami popela.

pomocí kombinace radiometrických datování, indexových fosilií a superpozice geologové vytvořili dobře definovanou časovou osu historie Země., Například překrývající se lávový tok může poskytnout spolehlivý odhad věku sedimentární horniny na jednom místě. Index fosílie obsažené v této formaci pak mohou být přizpůsobeny fosiliím na jiném místě, poskytuje dobré měření věku pro tuto novou skalní formaci. Protože se tento proces opakoval po celém světě, naše odhady stáří hornin a fosilií se staly stále přesnější.

shrnutí lekce

techniky, jako jsou superpozice a indexové fosílie, vám mohou říci relativní věk objektů, které objekty jsou starší a které jsou mladší., Pro stanovení absolutního věku objektů v letech jsou zapotřebí další typy důkazů. Geologové používají různé techniky k vytvoření absolutní věku, včetně radiometrického datování, strom kroužky, ledová jádra, a roční sedimenty tzv. varves.

radiometrické datování je nejužitečnější z těchto technik-je to jediná technika, která dokáže stanovit věk objektů starších než několik tisíc let. Koncentrace několika radioaktivních izotopů (uhlík-14, draslík-40, uran-235 a -238) a jejich dceřiné produkty se používají k určení věku hornin a organických zbytků.,

Review Questions

1. jaké čtyři techniky se používají k určení absolutního věku objektu nebo události?
2. radioaktivní látka má poločas rozpadu 5 milionů let. Jaký je věk skály, ve které zůstává 25% původních radioaktivních atomů?
3. vědec studuje kus látky ze starověkého pohřebiště. Určuje, že 40% původních atomů uhlíku-14 zůstává v látce. Na základě grafu rozpadu uhlíku (obrázek 11.27), jaký je přibližný věk látky?
   

   obrázek 11.,27: Radioaktivního rozpadu Uhlíku-14

4. Který radioaktivní izotop nebo izotopů byste použili k dnešnímu dni každého z následujících předmětů? Vysvětlete každou ze svých možností.
   • 4 miliardy let starý kus žuly.
   • jeden milion let staré lůžko sopečného popela, které obsahuje stopy hominidů (lidských předků).
   • srst vlněného mamuta, který byl nedávno obnoven zmrzlý v ledovci.
   • Zkamenělý Trilobit se zotavil z postele z pískovce, která je stará asi 500 milionů let.,
5. princip uniformitarionismu uvádí, že přítomnost je klíčem k minulosti. Jinými slovy, procesy, které dnes vidíme, pravděpodobně fungovaly podobným způsobem v minulosti. Proč je důležité předpokládat, že rychlost radioaktivního rozpadu zůstala v průběhu času konstantní?

slovní zásoba

absolutní věk věku objektu v letech. částice alfa sestávající ze dvou protonů a dvou neutronů, které jsou během radioaktivního rozpadu vysunuty z jádra., částice beta sestávající z jediného elektronu, který je vysunut z jádra během radioaktivního rozpadu. Beta částice se vytvoří, když se neutron rozpadne za vzniku protonu a emitovaného elektronu. dceřiná produkt stabilní látka, která je produkována rozpadem radioaktivní látky. Například uran-238 se rozkládá na výrobu olova-207. poločas rozpadu potřebný pro polovinu atomů radioaktivní látky k rozpadu a tvorbě dceřiných produktů. LED jádro válec ledu extrahované z ledovce nebo ledové pokrývky., radioaktivní látka, která je nestabilní a pravděpodobně emituje energetické částice a záření. emise radioaktivity vysokoenergetických částic a / nebo záření určitými nestabilními atomy. radiometrické chodit s někým proces používání koncentrací radioaktivních látek a dceřiných produktů k odhadu věku materiálu. Jak látky stárnou, množství radioaktivních atomů klesá, zatímco množství dceřiných materiálů se zvyšuje. strom prstencová vrstva dřeva ve stromu, který se tvoří za jeden rok. Věk stromu můžete určit počítáním jeho kroužků., varve tenká vrstva sedimentu uloženého na jezeře v průběhu jednoho roku se obvykle nachází na dně ledovcových jezer.

body, které je třeba zvážit

• proč jsou techniky jako stromové kroužky, ledová jádra a varvy užitečné pouze pro události, ke kterým došlo v posledních několika tisících letech?
• proč bylo pro Darwina a jeho následovníky tak důležité dokázat, že země byla velmi stará?
• proč je důležité použít více než jednu metodu k nalezení věku skály nebo jiného objektu?