Earth Science (Suomi)

oppitunnin tavoitteet

• määrittelevät absoluuttisen iän ja suhteellisen iän eron.
• kuvaa neljää absoluuttisen seurustelun menetelmää.
• selitä radioaktiivisuus ja anna esimerkkejä radioaktiivisesta hajoamisesta.
• selitä, miten radioaktiivisten aineiden hajoaminen auttaa määrittämään esineen iän.
• arvioi esineen iän, kun otetaan huomioon puoliintumisaika sekä radioaktiivisten ja tytäraineiden määrät.,
• Anna neljä esimerkkiä radioaktiivisista aineista, joita käytetään esineiden ajoittamiseen, ja selitä, miten kutakin käytetään.

Puurenkaat

tropiikin ulkopuolisilla alueilla puut kasvavat lämpiminä kesäkuukausina nopeammin kuin viileämpänä talvena. Tämän kasvumallin tuloksia vuorotellen bändejä vaalea, alhainen tiheys ”alussa puu” ja tumma, korkea tiheys ”myöhään puu”. Jokainen tumma nauha edustaa talvea; sormuksia laskemalla on mahdollista löytää puun ikä (Kuva 11.22)., Kasvurenkaiden leveys voi antaa vihjeitä menneistä ilmastoista ja erilaisista häiriöistä, kuten metsäpaloista. Kuivuusjaksot ja muut ilmaston vaihtelut saavat puun kasvamaan normaalia hitaammin tai nopeammin, mikä näkyy puiden renkaiden leveytenä. Nämä puurengasvaihtelut esiintyvät kaikissa tietyllä alueella kasvavissa puissa, joten tiedemiehet voivat sovittaa yhteen elävien ja kuolleiden puiden kasvurenkaat. Käyttämällä lokit talteen vanhoista rakennuksista ja antiikin rauniot, tutkijat ovat voineet vertailla puu renkaat luoda jatkuva ennätys puu renkaat viime 2000 vuotta., Tämä puurengasrekisteri on osoittautunut erittäin hyödylliseksi ilmastonmuutosta koskevan ennätyksen luomisessa ja muinaisten rakenteiden aikakauden löytämisessä.

Ice Ydintä ja Varves

Useita muita prosesseja, johtaa kertyminen vuosittain eri kerrosta, joita voidaan käyttää dating., Esimerkiksi, kerrokset muodostavat majoitusliike, jäätiköt, koska siellä on yleensä vähemmän lumisade kesällä, jolloin tumma kerros pölyä kertyy päälle talven lumi (Kuva 11.23). Tutkiakseen näitä kuvioita tiedemiehet porautuvat syvälle jäälevyihin ja tuottavat satoja metrejä pitkiä ytimiä. Tutkijat analysoivat nämä ice ydintä selvittää, miten ilmasto on muuttunut ajan mittaan, sekä mitata pitoisuuksia ilmakehän kaasuja. Pisimmät ytimet ovat auttaneet muodostamaan satojen tuhansien vuosien takaisen polaariilmaston.,

Toinen esimerkki vuosittain kerrokset on laskeuma sedimentit järvissä, etenkin järviä, jotka sijaitsevat lopussa jäätiköt. Jäätikön nopea sulaminen kesällä johtaa paksuun, hiekkaiseen sedimenttiesiintymään. Nämä paksut kerrokset vuorottelevat talven aikana kerrostuneiden ohuiden, savipitoisten kerrosten kanssa. Tuloksena olevat kerrokset, joita kutsutaan varveiksi, antavat tiedemiehille vihjeitä menneistä ilmasto-olosuhteista., Esimerkiksi erityisen lämmin kesä saattaa johtaa sulavasta jäätiköstä kertyneeseen hyvin paksuun sedimenttikerrokseen. Ohuempi varves voi ilmoittaa kylmempää kesää, koska jäätikkö ei sula niin paljon ja tehdä niin paljon sedimentistä järveen.

Age of Earth

Kun puu renkaat ja muut vuosittaiset kerrokset ovat hyödyllisiä dating suhteellisen viimeaikaisia tapahtumia, ne eivät ole paljon käyttöä on valtava mittakaavassa geologinen aika., 1700-ja 1800-luvuilla geologit yrittivät arvioida maapallon ikää epäsuorilla tekniikoilla. Esimerkiksi geologit mitataan, kuinka nopeasti puroihin sedimentin talletettu, jotta yrittää laskea, kuinka kauan virta oli ollut olemassa. Ei ole yllättävää, että nämä menetelmät johtivat hurjasti erilaisiin arvioihin muutamasta miljoonasta vuodesta ”nelinkertaisiin vuosiin”. Luultavasti luotettavin näistä arvioista oli tuottanut Brittiläinen geologi Charles Lyell, joka arviolta 240 miljoonaa vuotta on kulunut siitä, kun ensimmäiset eläimet kuoret., Nykyään tiedemiehet tietävät, että hänen arvionsa oli liian nuori; tiedämme, että tämä tapahtui noin 530 miljoonaa vuotta sitten.

Vuonna 1892, William Thomson (myöhemmin tunnettu nimellä Lordi Kelvin) laskettu ikä Maan järjestelmällisesti (Kuva 11.24). Hän oletti maan alkaneen sulan kiven pallona, joka on ajan mittaan tasaisesti jäähtynyt. Näistä oletuksista hän laski, että maa oli 100 miljoonaa vuotta vanha. Tämä arvio oli isku geologit ja kannattajat Charles Darwinin evoluutioteoria, joka tarvitaan vanhempi Maa antaa aikaa evoluution tapahtua.,

Thomsonin laskelmat olivat kuitenkin pian osoitettu olevan virheellinen, kun radioaktiivisuus löydettiin vuonna 1896. Radioaktiivisuus on tiettyjen atomien taipumus hajota kevyemmiksi atomeiksi, jotka lähettävät energiaa prosessissa. Maan sisäosien radioaktiiviset materiaalit tarjoavat tasaisen lämmönlähteen. Laskelmat maapallon iästä radioaktiivista hajoamista käyttäen osoittivat, että maa on todellisuudessa paljon vanhempi kuin Thomson laski.

Radioaktiivinen Hajoaminen

löytö radioaktiivisten aineiden teki enemmän kuin vääräksi Thomsonin arvio Maapallon ikä., Se tarjosi keinon löytää kallion ehdoton Ikä. Ymmärtääkseen, miten tämä tehdään, on tarpeen tarkistaa joitakin tosiasioita atomeista.

atomeissa on kolme hiukkasta: protonit, neutronit ja elektronit. Protonit ja neutronit sijaitsevat tumassa, kun taas elektronit kiertää ydin. Protonien määrä määrittää, mitä alkuainetta tutkit. Esimerkiksi kaikilla hiiliatomeilla on kuusi protonia, kaikilla happiatomeilla kahdeksan protonia ja kaikilla kultatomeilla 79 protonia. Neutronien määrä on kuitenkin vaihteleva., Alkuaineen atomi, jolla on eri määrä neutroneja, on kyseisen alkuaineen isotooppi. Esimerkiksi isotooppia hiili-12 sisältää 6 neutronia, sen ydin, kun taas isotooppia hiili-13 on 7 neutronia.

jotkut isotoopit ovat radioaktiivisia, mikä tarkoittaa, että ne ovat epästabiileja ja todennäköisesti hajoavat. Tämä tarkoittaa, että atomi muuttuu spontaanisti epävakaasta muodosta vakaaseen muotoon. On olemassa kaksi ydinmädän muotoa, joilla on merkitystä siinä, miten geologit voivat ajoittaa kiviä (taulukko 11.,1):

Hiukkasen	Koostumus	Vaikutus Nucleus
Alpha	2 protonia, 2 neutroneja	tuma sisältää kaksi vähemmän protonia ja kaksi vähemmän neutroneja.
Beta	1 electron	Yksi neutroni hajoaa muodostaen protoni ja elektroni, joka vapautuu.

Jos elementti hajoaa menettää alfa-hiukkanen, se menettää 2 protonia ja 2 neutronia., Jos atomi hajoaa menettämällä beetahiukkasen, se menettää vain yhden elektronin.

joten mitä tekemistä tällä on maan iän kanssa? Radioaktiivinen hajoaminen johtaa lopulta muodostumista vakaa tytär tuotteita. Radioaktiiviset aineet hajoavat tunnetulla nopeudella. Ajan kuluessa radioaktiivisten isotooppien osuus pienenee ja tytär-isotooppien osuus kasvaa. Kallio, jossa on suhteellisen paljon radioaktiivisia isotooppeja, on todennäköisesti hyvin nuori, kun taas kalliokivi, jossa on paljon tytärtuotteita, on todennäköisesti hyvin vanha.,

tutkijat mittaavat radioaktiivisen hajoamisen nopeutta puoliintumisajaksi kutsutulla yksiköllä. Radioaktiivisen aineen puoliintumisaika on ajan määrä, keskimäärin puolet atomeista hajoaa. Kuvitelkaa esimerkiksi radioaktiivista ainetta, jonka puoliintumisaika on yksi vuosi. Muodostuessaan kivi sisältää tietyn määrän radioaktiivisia atomeja. Yhden vuoden (puoliintumisajan) jälkeen puolet radioaktiivisista atomeista on rappeutunut muodostaen stabiileja tytärtuotteita, ja 50 prosenttia radioaktiivisista atomeista on jäljellä., Toisen vuoden (kahden puoliintumisajan) jälkeen puolet jäljellä olevista radioaktiivisista atomeista on rappeutunut ja 25% radioaktiivisista atomeista on jäljellä. Kolmannen vuoden (kolmen puoliintumisajan) jälkeen radioaktiivisista atomeista on jäljellä 12,5%. Neljän vuoden (neljän puoliintumisajan) jälkeen radioaktiivisista atomeista on jäljellä 6,25% ja 5 vuoden (viiden puoliintumisajan) jälkeen vain 3,125% radioaktiivisista atomeista.

Jos löydät kiven, jonka radioaktiivinen aine on puoli elämää yhden vuoden ja toimenpide 3.125% radioaktiivisten atomien ja 96.875% tytär atomit, voit olettaa, että aine on 5-vuotias., Radioaktiivisten aineiden hajoamista voidaan esittää graafilla (Kuva 11.25). Jos löydätte kiven, jossa on 75% radioaktiivisista atomeista jäljellä, kuinka vanha se on?

Radiometrinen Dating Kalliot

prosessi radiometrinen dating, useita isotooppeja käytetään päivämäärää, kiviä ja muita materiaaleja. Useiden eri isotooppien käyttö auttaa tutkijoita tarkistamaan laskemiensa aikakausien tarkkuuden.,

Hiililuku

Maan ilmakehässä on kolme hiilen isotooppia. Hiili-12 on vakaa ja muodostaa 98,9% ilmakehän hiilestä. Hiili-13 on myös vakaa, ja sen osuus ilmakehän hiilestä on 1,1 prosenttia. Hiili-14 on radioaktiivista ja sitä esiintyy pieninä määrinä. Hiili-14 syntyy ilmakehässä luonnostaan, kun kosmiset säteet vuorovaikuttavat typpiatomien kanssa. Ilmakehässä tiettynä ajankohtana tuotetun hiili-14: n määrä on ollut suhteellisen vakaa kautta aikojen.

Radioaktiivinen hiili-14 hajoaa vakaat typpi-14 julkaisemalla beta-hiukkanen., Typen atomit ovat menettäneet tunnelmaa, mutta määrä hiili-14 reikiintymistä voidaan arvioida mittaamalla osuus radioaktiivisen hiili-14 vakaat hiili-12. Aineen ikääntyessä hiili-14: n suhteellinen määrä vähenee.

kasvit poistavat hiiltä ilmakehästä yhteyttämisprosessin aikana. Eläimet kuluttavat tätä hiiltä syödessään kasveja tai muita kasveja syöneitä eläimiä. Siksi hiili-14 dating voidaan käyttää päivämäärä kasvien ja eläinten jäännökset. Esimerkkejä ovat vanhan rakennuksen timberit, luut tai tuhkat tulikuopasta., Hiiliajan avulla voidaan tehokkaasti löytää 100-50 000 vuotta vanhojen materiaalien Ikä.

Kalium-Argon Dating

Kalium-40 hajoaa argon-40 puoliintumisaika 1.26 miljardia vuotta. Koska argon on kaasu, se voi paeta sulasta magmasta tai laavasta. Siksi mikä tahansa argon, joka löytyy kiteestä, muodostuu todennäköisesti kalium-40: n hajoamisen seurauksena. Kalium-40: n ja argon-40: n välisen suhteen mittaaminen antaa hyvän arvion näytteen iästä.

Kalium on yhteinen tekijä löytyy monia mineraaleja, kuten maasälpä, kiille, ja amfiboli., Tekniikalla voidaan ajoittaa igneous-kiviä 100 000 vuodesta yli miljardiin vuoteen. Koska sitä voidaan käyttää päivämäärä geologisesti nuori materiaalit, tekniikka on ollut hyödyllinen arvioitaessa ikä talletukset sisältävät luut ihmisen esi-isät.

Uraani-Lyijy-Dating

Kaksi isotooppien uraani käytetään iänmääritykseen. Uraani-238 hajoaa muodostaen lyijy-206: n, jonka puoliintumisaika on 4,47 miljardia vuotta. Uraani-235 hajoaa muodostaen lyijy-207: n, jonka puoliintumisaika on 704 miljoonaa vuotta.

Uraani-lyijy-dating suoritetaan yleensä kiteitä mineraali, zirkoni (Kuva 11.,26). Kun Zirkoni muodostuu palamattomaan kiveen, kiteet hyväksyvät helposti uraanin atomit, mutta hylkäävät lyijyatomit. Jos siis zirkonikiteestä löytyy lyijyä, voidaan olettaa, että se on tuotettu uraanin hajoamisesta.

Uraani-lyijy-dating voidaan käyttää tasalla vulkaaninen kiviä alkaen 1 miljoonaa vuotta, noin 4,5 miljardia vuotta vanha. Jotkut maailman vanhimmista kivistä on ajoitettu tällä menetelmällä, mukaan lukien Australiasta peräisin olevat zirkonikiteet, jotka ovat 4,4 miljardia vuotta vanhoja.,

Rajoitukset Radiometrinen Dating

iänmääritykseen voidaan käyttää vain materiaaleja, jotka sisältävät mitattavia määriä radioaktiivisia aineita, ja heidän tyttärensä tuotteita. Tähän kuuluvat orgaaniset jäännökset (jotka ovat kallioihin verrattuna suhteellisen nuoria, alle 100 000 vuotta vanhoja) ja vanhemmat kivet. Ihanteellista on, että saman kiven kohdalla käytetään useita eri radiometrisiä tekniikoita. Näiden arvojen välinen yhteisymmärrys osoittaa, että laskettu ikä on tarkka.,

yleensä, radiometrinen dating toimii parhaiten vulkaaninen kiviä ja ei ole kovin hyödyllinen määritettäessä ikä sedimenttikivilajeja. Arvioida ikä sedimenttikivelle talletus, geologit etsiä lähellä tai interlayered vulkaaninen kiviä, jotka voivat olla päivätty. Esimerkiksi, jos sedimenttikivelle kerros on välissä kaksi kerrosta vulkaanista tuhkaa, sen ikä on vuotiaita kaksi tuhkan kerroksia.

Käyttäen yhdistelmää radiometrinen dating, indeksi fossiileja, ja päällekkäisyys, geologit ovat rakennettu hyvin määritelty aikajana Maapallon historiassa., Esimerkiksi laavavirtaus voi antaa luotettavan arvion sedimenttikivimuodostuman iästä yhdessä paikassa. Indeksi fossiileja sisältämät muodostuminen voi sitten olla sovitettu fossiileja eri paikassa, joka tarjoaa hyvä ikä-mittaus, että uusi rock muodostumista sekä. Kun tätä prosessia on toistettu ympäri maailmaa, arvioistamme kivi-ja fossiiliajoista on tullut yhä tarkempia.

Oppitunti Yhteenveto

Tekniikoita, kuten päällekkäisyys ja indeksi fossiileja voi kertoa, suhteellinen ikä esineitä, mitkä esineet ovat vanhempia ja jotka ovat nuorempia., Esineiden absoluuttisen iän määrittämiseen tarvitaan muunlaisia todisteita. Geologit käyttävät erilaisia tekniikoita luoda absoluuttinen ikä, mukaan lukien radiometrinen dating, puu renkaat, jäänäytteitä, ja vuotuinen sedimenttien talletukset kutsutaan varves.

Radiometrinen dating on eniten hyötyä näistä tekniikoista—se on ainoa tekniikka, joka voi luoda ikä esineitä vanhempi kuin muutama tuhat vuotta. Pitoisuudet useita radioaktiivisia isotooppeja (hiili-14, kalium-40, uraani-235 ja -238) ja heidän tyttärensä tuotteita käytetään määrittämään ikä kivet ja orgaaniset jäänteet.,

Arvostelukysymykset

1. mitä neljää tekniikkaa käytetään esineen tai tapahtuman absoluuttisen iän määrittämiseen?
2. radioaktiivisen aineen puoliintumisaika on 5 miljoonaa vuotta. Mikä on sen kiven ikä, jossa 25% alkuperäisistä radioaktiivisista atomeista on jäljellä?
3. tutkija tutkii kankaanpalaa muinaiselta hautapaikalta. Hän määrittelee, että 40% alkuperäisestä hiili-14 atomista jää kankaaseen. Mikä on kankaan likimääräinen ikä hiilen hajoamiskäyrän (Kuva 11.27) perusteella?
   

   Kuva 11.,27: Radioaktiivinen hajoaminen Hiili-14

4. Joka radioaktiivinen isotooppi tai isotooppeja käyttäisit tasalla jokaisen seuraavia esineitä? Selitä jokainen valintasi.
   • 4 miljardia vuotta vanha pala graniittia.
   • miljoona vuotta vanha vulkaanisen tuhkan sänky, joka sisältää hominidien (ihmisten esi-isien) jalanjäljet.
   • villamammutin turkki, joka saatiin hiljattain jäätiköllä jäätyneenä talteen.
   • noin 500 miljoonaa vuotta vanhasta hiekkakivestä löydetty fossiloitunut trilobiitti.,
5. uniformitarionismin periaatteen mukaan nykyhetki on avain menneisyyteen. Toisin sanoen prosessit, jotka näemme tapahtuvan tänään, toimivat todennäköisesti samalla tavalla aiemmin. Miksi on tärkeää olettaa, että radioaktiivisen hajoamisen nopeus on pysynyt vakiona ajan mittaan?

Sanasto

absoluuttinen ikä esineen ikä vuosina. alfahiukkashiukkanen, joka koostuu kahdesta protonista ja kahdesta neutronista, jotka poistuvat tumasta radioaktiivisen hajoamisen aikana., beetahiukkashiukkanen, joka koostuu yhdestä elektronista, joka poistuu ytimestä radioaktiivisen hajoamisen aikana. Beetahiukkanen syntyy, kun neutroni hajoaa muodostaen protonin ja emittoidun elektronin. tytär tuottaa stabiilia ainetta, jota tuottaa radioaktiivisen aineen hajoaminen. Esimerkiksi uraani-238 hajoaa lyijy-207: n tuottamiseksi. puoliintumisaika, joka tarvitaan, jotta puolet radioaktiivisen aineen atomeista hajoaisi ja muodostaisi tytärtuotteita. jäätiköstä tai jääpeitteestä uutetun jään ydinsylinteri., radioaktiivinen aine, joka on epästabiili ja joka todennäköisesti lähettää energisiä hiukkasia ja säteilyä. suurienergisten hiukkasten ja/tai tiettyjen epävakaiden atomien radioaktiivisuuspäästöt. radiometrinen dating prosessi, jossa radioaktiivisten aineiden ja tytär tuotteiden pitoisuuksia käytetään aineen iän arvioimiseen. Aineiden vanhetessa radioaktiivisten atomien määrät pienenevät samalla kun tytäraineiden määrät kasvavat. puun rengaskerros puu, joka muodostuu vuodessa. Puun iän voi määrittää laskemalla sen renkaat., varve ohut kerros sedimenttiä talletetaan Lakeuden aikana yhden vuoden yleensä löytyy pohjasta jäätikköjärviä.

Pistettä Harkitsemaan

• Miksi ovat tekniikoita, kuten puu renkaat, jäänäytteitä, ja varves vain hyödyllisiä tapahtumia, jotka tapahtuivat viimeiset pari tuhatta vuotta?
• miksi Darwinin ja hänen seuraajiensa oli niin tärkeää todistaa, että maa oli hyvin vanha?
• Miksi on tärkeää käyttää useampaa kuin yhtä menetelmää löytää ikä kiven tai muun esineen?