Földtudomány

lecke célok

• határozza meg az abszolút kor és a relatív kor közötti különbséget.
• írja le az abszolút randevú négy módszerét.
• magyarázza el, mi a radioaktivitás, és adjon példákat a radioaktív bomlásra.
• magyarázza el, hogyan segít a radioaktív anyagok bomlása egy tárgy életkorának megállapításában.
• becsülje meg egy tárgy életkorát, figyelembe véve a felezési időt és a radioaktív és leány anyagok mennyiségét.,
• adjon négy példát az eddig használt radioaktív anyagokra, és magyarázza el, hogyan használják őket.

fa gyűrűk

a trópusokon kívüli régiókban a fák gyorsabban nőnek a meleg nyári hónapokban, mint a hűvösebb télen. Ez a növekedési minta a világos színű, alacsony sűrűségű “korai fa”, valamint a sötét, nagy sűrűségű “késő fa”váltakozó sávjait eredményezi. Minden sötét sáv egy tél; a gyűrűk számlálásával meg lehet találni a fa korát (11.22 ábra)., Egy sor növekedési gyűrű szélessége nyomokat adhat a múltbeli éghajlatokra és különböző zavarokra, például erdőtüzekre. Az aszályok és az éghajlat egyéb változásai miatt a fa lassabban vagy gyorsabban nő, mint a normál, ami a fagyűrűk szélességében jelenik meg. Ezek a fagyűrű-variációk minden olyan fán megjelennek, amely egy adott régióban nő, így a tudósok össze tudják illeszteni az élő és elhalt fák növekedési gyűrűit. A régi épületekből és ősi romokból kinyert rönkök segítségével a tudósok össze tudták hasonlítani a fa gyűrűket, hogy az elmúlt 2000 évben folyamatosan feljegyezzék a fa gyűrűit., Ez a fa gyűrűrekord rendkívül hasznosnak bizonyult az éghajlatváltozás rekordjának létrehozásában, valamint az ősi struktúrák korának megtalálásában.

Ice Cores and Varves

Több más folyamat eredményeként a felhalmozási különböző éves rétegek, hogy lehet használni társkereső., Például rétegek képződnek a gleccsereken belül, mivel nyáron általában kevesebb hó esik, lehetővé téve egy sötét porréteg felhalmozódását a téli hó tetején (11.23 ábra). Ezeknek a mintáknak a tanulmányozásához a tudósok mélyen jéglapokba fúrnak, több száz méter hosszú magokat termelnek. A tudósok elemzik ezeket a jégmagokat annak meghatározására, hogy az éghajlat hogyan változott az idő múlásával, valamint a légköri gázok koncentrációjának mérésére. A leghosszabb magok hozzájárultak ahhoz, hogy rekordot alkossanak a poláris éghajlatról, amely több százezer évvel ezelőtt nyúlik vissza.,

Az éves rétegek másik példája az üledékek lerakódása tavakban, különösen a gleccserek végén található tavakban. A gleccser gyors olvadása nyáron az üledék vastag, homokos lerakódását eredményezi. Ezek a vastag rétegek váltakoznak vékony, agyagban gazdag rétegekkel, amelyek télen lerakódnak. A kapott rétegek, varves néven, nyomokat adnak a tudósoknak a múltbeli éghajlati viszonyokról., Például egy különösen meleg nyár nagyon vastag üledékréteget eredményezhet az olvadó gleccserből. A vékonyabb varves hidegebb nyarakat jelezhet, mivel a gleccser nem olvad annyira, és annyi üledéket szállít a tóba.

A Föld kora

míg a fa gyűrűk és más éves rétegek hasznosak társkereső viszonylag friss események, ezek nem sok hasznát a hatalmas léptékű geológiai idő., A 18-19. században a geológusok közvetett technikákkal próbálták megbecsülni a Föld korát. Például a geológusok mérték, hogy a gyors patakok milyen gyorsan rakódtak le az üledékben, annak érdekében, hogy megpróbálják kiszámítani, mennyi ideig létezett a patak. Nem meglepő, hogy ezek a módszerek vadul eltérő becsléseket eredményeztek, néhány millió évtől “négymillió évig”. Valószínűleg a legmegbízhatóbb becsléseket Charles Lyell Brit geológus készítette, aki becslése szerint 240 millió év telt el az első kagylóval rendelkező állatok megjelenése óta., Ma a tudósok tudják, hogy becslése túl fiatal volt; tudjuk, hogy ez körülbelül 530 millió évvel ezelőtt történt.

1892-ben William Thomson (később Lord Kelvin néven ismert) szisztematikusan kiszámította a Föld korát (11.24 ábra). Feltételezte, hogy a Föld olvadt kőzet golyójaként kezdődött, amely az idő múlásával folyamatosan lehűlt. Ezekből a feltételezésekből kiszámította, hogy a Föld 100 millió éves volt. Ez a becslés csapást jelentett Charles Darwin evolúciós elméletének geológusaira és támogatóira, ami egy idősebb Föld számára időt igényelt az evolúció folytatására.,

Thomson számításai azonban hamarosan hibásnak bizonyultak, amikor 1896-ban felfedezték a radioaktivitást. A radioaktivitás az a tendencia, hogy egyes atomok könnyebb atomokká bomlanak, energiát bocsátanak ki a folyamat során. A föld belsejében lévő radioaktív anyagok állandó hőforrást biztosítanak. A Föld korának radioaktív bomlással történő kiszámítása azt mutatta,hogy a föld valójában sokkal idősebb, mint Thomson számított.

radioaktív bomlás

a radioaktív anyagok felfedezése Több mint megcáfolta Thomson becslését a Föld koráról., Ez biztosította a módját, hogy megtalálják az abszolút kor egy szikla. Ahhoz, hogy megértsük, hogyan történik ez, meg kell vizsgálni néhány tényt az atomokról.

Az atomok három részecskét tartalmaznak: protonokat, neutronokat és elektronokat. A protonok és neutronok a magban helyezkednek el, míg az elektronok a mag körül keringenek. A protonok száma határozza meg, hogy melyik elemet vizsgálja. Például, minden atom szén-hat protonok, minden atom oxigén nyolc protonok, meg minden atomok arany 79 protonok. A neutronok száma azonban változó., Egy másik számú neutronnal rendelkező elem atomja ennek az elemnek az izotópja. Például a carbon-12 izotóp 6 neutront tartalmaz a magjában, míg a carbon-13 izotóp 7 neutronnal rendelkezik.

egyes izotópok radioaktívak, ami azt jelenti, hogy instabilak és valószínűleg bomlanak. Ez azt jelenti, hogy az atom spontán módon instabil formáról stabil formára változik. A nukleáris bomlásnak két formája van, amelyek relevánsak abban, hogy a geológusok miként tudják randevúzni a sziklákat (táblázat (11.,1):

Részecske	Összetétel	Hatással Mag
Alfa	2 proton, 2 neutronok	A magot tartalmaz két kevesebb protonok, illetve két kevesebb neutron.
Beta	1 elektron	egy neutron bomlik, hogy protont és egy kibocsátott elektronot képezzen.

Ha egy elem egy alfa-részecske elvesztésével bomlik le, akkor 2 protont és 2 neutront veszít., Ha egy atom bomlik egy béta részecske elvesztésével, akkor csak egy elektront veszít.

Tehát mi köze ennek a Föld korához? A radioaktív bomlás végül stabil leánytermékek kialakulását eredményezi. A radioaktív anyagok ismert sebességgel bomlanak. Ahogy telik az idő, csökken a radioaktív izotópok aránya és nő a lányizotópok aránya. A radioaktív izotópok viszonylag magas arányával rendelkező szikla valószínűleg nagyon fiatal, míg a lánytermékek nagy arányával rendelkező szikla valószínűleg nagyon régi.,

A tudósok a felezési időnek nevezett egységgel mérik a radioaktív bomlás sebességét. A radioaktív anyag felezési ideje az idő mennyisége, átlagosan az atomok fele bomlik. Például képzeljünk el egy radioaktív anyagot, amelynek felezési ideje egy év. Amikor egy szikla képződik, bizonyos számú radioaktív atomot tartalmaz. Egy év (egy felezési idő) után a radioaktív atomok fele lebomlott, hogy stabil leánytermékeket képezzen, a radioaktív atomok 50% – A marad., Egy év elteltével (két felezési idő) a fennmaradó radioaktív atomok fele romlott, a radioaktív atomok 25% – A marad. A harmadik év után (három felezési idő) a radioaktív atomok 12,5%-a marad. Négy év után (négy fél-él), 6.25% – a radioaktív atomok marad, de 5 év után (öt felezési), csak 3.125% – a radioaktív atomok marad.

Ha találsz egy szikla, akinek a radioaktív anyag egy fél élet egy év, az intézkedést 3.125% radioaktív atomok, illetve 96.875% lánya atomok, akkor feltételezhető, hogy az anyag 5 éves., A radioaktív anyagok bomlása grafikonnal mutatható ki (11.25 ábra). Ha találsz egy sziklát, amelyben a radioaktív atomok 75% – A marad, körülbelül hány éves?

sziklák radiometrikus randevúja

a radiometrikus randevúk során több izotópot használnak a sziklák és más anyagok dátumozására. Több különböző izotóp használata segít a tudósoknak ellenőrizni az általuk kiszámított korok pontosságát.,

Carbon Dating

a Föld légköre három szénizotópot tartalmaz. A szén-12 stabil, és a légköri szén 98,9% – át teszi ki. A szén-13 szintén stabil, és a légköri szén 1,1% – át teszi ki. A szén – 14 radioaktív, és apró mennyiségben található meg. A szén-14 természetes módon keletkezik a légkörben, amikor a kozmikus sugarak kölcsönhatásba lépnek a nitrogénatomokkal. A légkörben bármikor előállított szén-14 mennyisége az idő múlásával viszonylag stabil volt.

radioaktív szén-14 bomlik stabil nitrogénre-14 egy béta részecske felszabadításával., A nitrogénatomok elvesznek a légkörben, de a szén-14 bomlás mennyisége becsülhető a radioaktív szén-14 stabil szén-12 arányának mérésével. Ahogy az anyag öregszik, a szén-14 relatív mennyisége csökken.

a szén a fotoszintézis során a növények eltávolítják a légkörből. Az állatok ezt a szenet fogyasztják, amikor növényeket vagy más állatokat fogyasztanak, amelyek növényeket fogyasztottak. Ezért a szén-14 randevúk felhasználhatók növényi és állati maradványok mai napig. Példák közé tartoznak a régi épületből származó gerendák, csontok vagy hamu a tűz gödörből., A szén-dioxid-randevúk hatékonyan felhasználhatók a 100-50 000 éves anyagok korának megtalálására.

kálium-Argon társkereső

kálium – 40 bomlik argon-40-re, felezési ideje 1, 26 milliárd év. Mivel az argon gáz, el tud menekülni az olvadt magmából vagy lávából. Ezért minden olyan argon, amely egy kristályban található, valószínűleg a kálium-40 bomlása következtében alakul ki. A kálium-40 argon-40 arányának mérése jó becslést ad a minta korára.

a kálium számos ásványi anyagban megtalálható, mint például a földpát, a csillám és az amfibol., A technika használható a mai napig magmás kőzetek 100.000 éves több mint egy milliárd éves. Mivel geológiailag fiatal anyagok eddig is felhasználhatók, a technika hasznos volt az emberi ősök csontjait tartalmazó lerakódások korának becslésében.

urán-ólom társkereső

két urán izotópot használnak radiometrikus randevúkhoz. Az urán-238 bomlik ólom-206-ra, felezési ideje 4, 47 milliárd év. Az urán-235 bomlik ólom-207-re, felezési ideje 704 millió év.

Az urán-ólom randevúkat általában az ásványi cirkon kristályain végzik (11. ábra.,26). Amikor cirkon képződik egy magmás kőzetben, a kristályok könnyen elfogadják az urán atomjait, de elutasítják az ólom atomjait. Ezért, ha bármilyen ólom található egy cirkonkristályban, feltételezhető, hogy az urán bomlásából származik.

urán-ólom társkereső felhasználható a mai napig magmás kőzetek 1 millió év körül 4,5 milliárd éves. A Föld legrégebbi szikláinak egy részét ezzel a módszerrel keltezték, beleértve az ausztráliai cirkonkristályokat is, amelyek 4, 4 milliárd évesek.,

a radiometrikus kormeghatározás korlátai

radiometrikus kormeghatározás csak olyan anyagokon használható, amelyek mérhető mennyiségű radioaktív anyagot és leányterméket tartalmaznak. Ide tartoznak a szerves maradványok (amelyek a kőzetekhez képest viszonylag fiatalok, kevesebb mint 100 000 évesek) és az idősebb sziklák. Ideális esetben több különböző radiometrikus technikát fognak használni ugyanazon kőzethez. Ezen értékek közötti megállapodás azt jelzi, hogy a számított életkor pontos.,

általában a radiometrikus randevúk a legjobban működnek a magmás kőzetek esetében, és nem nagyon hasznosak az üledékes kőzetek korának meghatározásához. Az üledékes kőzetbetét korának becsléséhez, a geológusok közeli vagy interlayered magmás kőzeteket keresnek, amelyek keltezhetők. Például, ha egy üledékes kőzetréteget két réteg vulkáni hamu közé helyeznek, kora a két hamu réteg kora között van.

a radiometrikus kormeghatározás, az indexfosszíliák és a szuperpozíció kombinációjával a geológusok a földtörténet jól meghatározott idővonalát alkották meg., Például egy átfedő lávaáramlás megbízható becslést adhat az üledékes kőzet kialakulásának koráról egy helyen. Az ebben a formációban található Index fosszíliák ezután egy másik helyen található kövületekhez illeszthetők, jó kormérést biztosítva az új kőzetképződéshez is. Mivel ezt a folyamatot az egész világon megismételték, a kőzetekre és a fosszilis korokra vonatkozó becsléseink egyre pontosabbá váltak.

Tanulságösszefoglalás

az olyan technikák, mint a szuperpozíció és az index fosszíliák meg tudják mondani a tárgyak relatív korát, mely tárgyak idősebbek és melyek fiatalabbak., Más típusú bizonyítékokra van szükség a tárgyak abszolút életkorának megállapításához években. A geológusok különböző technikákat alkalmaznak az abszolút kor meghatározására, beleértve a radiometrikus randevúkat, fa gyűrűk, jégmagok, és éves üledékes lerakódások, varves néven.

a radiometrikus randevú a leghasznosabb ezek közül a technikák közül-ez az egyetlen technika, amely megállapíthatja a néhány ezer évnél idősebb tárgyak korát. Több radioaktív izotóp (szén-14, kálium-40, urán-235 és -238) és leánytermékeik koncentrációját használják a kőzetek és szerves maradványok korának meghatározására.,

áttekintési kérdések

1. milyen négy technikát alkalmaznak egy tárgy vagy esemény abszolút életkorának meghatározására?
2. egy radioaktív anyag felezési ideje 5 millió év. Milyen korú egy szikla, amelyben az eredeti radioaktív atomok 25% – A marad?
3. egy tudós egy ruhadarabot tanulmányoz egy ősi temetkezési helyről. Meghatározza, hogy az eredeti szén-14 Atom 40% – a marad a ruhában. A szén-dioxid-bomlási grafikon (11.27 ábra) alapján mi a szövet hozzávetőleges életkora?
   

   11.ábra.,27: a szén radioaktív bomlása-14

4. melyik radioaktív izotópot vagy izotópot használná eddig az alábbi objektumok mindegyikéhez? Magyarázza el minden választását.
   • egy 4 milliárd éves darab gránit.
   • egy millió éves vulkáni hamu ágy, amely hominidek (emberi ősök) lábnyomait tartalmazza.
   • egy gyapjas mamut szőrme, amelyet nemrég találtak egy gleccserben fagyasztva.
   • egy megkövesedett Trilobit, amely körülbelül 500 millió éves homokkő ágyából származik.,
5. az egységesség elve kimondja, hogy a jelen a múlt kulcsa. Más szavakkal, a folyamatok, amelyeket ma látunk, valószínűleg hasonló módon működtek a múltban. Miért fontos feltételezni, hogy a radioaktív bomlás sebessége az idő múlásával állandó maradt?

Vocabulary

absolute age of an object in years. alfa részecske részecske, amely két protonból és két neutronból áll, amelyek a radioaktív bomlás során kilökődnek a magból., béta részecske részecske, amely egyetlen elektronból áll, amelyet a radioaktív bomlás során a magból bocsátanak ki. Egy béta részecske akkor jön létre, amikor egy neutron lebomlik, hogy protont és a kibocsátott elektronot képezzen. lánya termék stabil anyag, amely által termelt bomlása egy radioaktív anyag. Például az urán-238 bomlik ólom előállítására-207. felezési idő szükséges ahhoz, hogy a radioaktív anyag atomjainak fele lebomoljon és leánytermékeket képezzen. jég mag henger jég kivont gleccser vagy jégtakaró., olyan radioaktív anyag, amely instabil, és valószínűleg energikus részecskéket és sugárzást bocsát ki. nagy energiájú részecskék és/vagy egyes instabil atomok által kibocsátott sugárzás radioaktivitása. radiometrikus kormeghatározási eljárás radioaktív anyagok és leánytermékek koncentrációjának felhasználásával egy anyag korának becslésére. Ahogy az anyagok öregednek, a radioaktív atomok mennyisége csökken, miközben a lányos anyagok mennyisége nő. fa gyűrű réteg fa egy fa, amely egy év alatt alakul ki. A fa korát a gyűrűk számlálásával határozhatja meg., varve vékony réteg üledék lerakódott egy tóparton során egy év általában megtalálható alján jeges tavak.

figyelembe veendő pontok

• miért olyan technikák, mint a fa gyűrűk, jégmagok és varves, csak az elmúlt néhány ezer évben bekövetkezett eseményekhez hasznosak?
• miért volt olyan fontos Darwin és követői számára, hogy bebizonyítsák, a föld nagyon régi?
• miért fontos, hogy egynél több módszert használjunk egy szikla vagy más tárgy korának megtalálására?