Earth Science (Norsk)

Målene for timen

• Definere forskjellen mellom absolutt alder og relativ alder.
• Beskriver fire metoder for absolutt datering.
• Forklare hva radioaktivitet er, og gi eksempler på radioaktiv nedbrytning.
• Forklare hvordan nedbrytning av radioaktive stoffer som bidrar til å etablere en alder av et objekt.
• Estimere alder av et objekt, gitt half-life og mengder av radioaktive og datter materialer.,
• Gi fire eksempler på radioaktive materialer som er brukt til dags dato objekter, og forklare hvordan hver enkelt er brukt.

Tre Ringer

I regioner utenfor tropene, trær som vokser raskt i løpet av de varme sommermånedene enn i kalde vinteren. Dette mønsteret av vekst resultater i vekselvis lys-farget, lav tetthet «tidlig wood» og mørk, høy tetthet «sen tre». Hver mørke bånd representerer en vinter; ved å telle ringene det er mulig å finne alder på treet (Figur 11.22)., Bredden av en serie årringer kan gi ledetråder til tidligere tiders klima og ulike forstyrrelser som skogbrann. Tørke og andre variasjoner i klimaet gjør treet vokser langsommere eller raskere enn normalt, noe som viser seg i bredder på treet ringer. Disse tre ring variasjoner vil forekomme i alle trær som vokser i en bestemt region, slik at forskere kan matche opp årringer av levende og døde trær. Bruke logger utvinnes fra gamle bygninger og gamle ruiner, forskere har vært i stand til å sammenligne tre ringer for å skape en kontinuerlig registrering av tre ringer i løpet av de siste 2000 år., Dette treet ring posten har vist seg svært nyttig i å skape en oppføring av klimaendringer, og å finne en alder av gamle strukturer.

– >

iskjerner og Varves

Flere andre prosesser resulterer i akkumulering av distinkte årlig lag som kan brukes for dating., For eksempel, lag skjema innen breer fordi det har en tendens til å være mindre snø om sommeren, slik at en mørk lag av støv samler seg på toppen av vinterens snø (Figur 11.23). For å studere disse mønstrene, forskere bore dypt inn i isen ark, produsere kjerner hundrevis av meter lang. Forskere analysere disse iskjernene å finne ut hvordan klimaet har endret seg over tid, samt å måle konsentrasjoner av atmosfæriske gasser. Den lengste kjerner har bidratt til å danne en oversikt over polare klimaet som strekker seg hundrevis av tusenvis av år tilbake.,

– >

et Annet eksempel på årlig lag er avsetning av sedimenter i innsjøer, spesielt innsjøer som er plassert på slutten av isbreer. Rask smelting av breene i sommer resulterer i en tykk, sandy innskudd av sediment. Disse tykke lag alternativ med tynne, leire-rik lag avsatt i løpet av vinteren. Den resulterende lag, kalt varves, gir forskere ledetråder om tidligere klimaforhold., For eksempel, en spesielt varm sommer kan resultere i en svært tykt lag av sedimenter avsatt fra den smeltende isbreen. Tynnere varves kan indikere kaldere somre, fordi breen ikke smelter så mye og bære så mye sedimenter i sjøen.

Alder av Jorden

Mens tre ringer og andre årlige lag er nyttig for dating relativt nylige hendelser, de er ikke til mye bruk på det store omfanget av geologisk tid., I løpet av det 18. og 19. århundre, geologer forsøkt å anslå alder av Jorden med indirekte teknikk. For eksempel, geologer målt hvor rask bekker avsatt sedimenter, for å prøve å beregne hvor lenge strømmen hadde vært i eksistens. Ikke overraskende, er disse metodene resulterte i vilt forskjellige estimater, fra noen få millioner år å «quadrillions av år». Trolig den mest pålitelige av disse estimatene ble produsert av den Britiske geologen Charles Lyell, som anslått til 240 millioner år har gått siden forekomsten av de første dyr med skall., I dag forskere vet at hans vurdering var for ung, og vi vet at dette skjedde om lag 530 millioner år siden.

I 1892, William Thomson (senere kjent som Lord Kelvin) beregnet alder av Jorden i en systematisk måte (Figur 11.24). Han antok at Jorden begynte som en ball av smeltet stein, som jevnt avkjølt over tid. Fra disse forutsetningene, han beregnet at Jorden var 100 millioner år gamle. Dette anslaget var et nederlag for geologer og tilhengere av Charles Darwins evolusjonsteori, som krevde en eldre Jorden for å gi tid for evolusjon til å ta plass.,

Thomson ‘ s beregninger, ble imidlertid snart vise seg å være feil når radioaktivitet ble oppdaget i 1896. Radioaktivitet er tendensen i visse atomer til forfall i lettere atomer, avgir energi i prosessen. Radioaktivt materiale i Jordens indre gi en jevn kilde til varme. Beregninger av Jordens alder ved hjelp av radioaktive forfall viste at Jorden er faktisk mye eldre enn Thomson beregnet.

Radioaktiv Nedbrytning

oppdagelsen av radioaktivt materiale gjorde mer enn å motbevise Thomson ‘ s anslag av Jordens alder., Det ga en måte å finne den absolutt alder av en stein. For å forstå hvordan dette er gjort, er det nødvendig å se på noen fakta om atomer.

Atomer inneholde tre partikler: protoner, nøytroner og elektroner. Protoner og nøytroner er plassert i kjernen, mens elektroner i bane rundt kjernen. Antall protoner bestemmer hvilket element du undersøke. For eksempel, alle atomer av karbon har seks protoner, alle atomer av oksygen har åtte protoner, og alle atomer av gull har 79 protoner. Antall nøytroner, imidlertid, er variabel., Et atom av et element med et ulikt antall nøytroner er en isotop av det aktuelle elementet. For eksempel, den isotopen karbon-12 inneholder 6 nøytroner i sin kjerne, mens isotopen karbon-13 har 7 nøytroner.

Noen isotoper er radioaktive, noe som betyr at de er ustabile og sannsynlighet for å gå i forråtnelse. Dette betyr atom vil spontant endre fra en ustabil form til en stabil form. Det er to former av kjernefysiske forfall som er relevante i hvordan geologer kan dato bergarter (Tabell (11.,1):

Partikkel	Sammensetning	Effekt på Kjernen
Alpha	2 protoner, 2 nøytroner	kjernen inneholder to færre protoner og to færre nøytroner.
Beta	1 electron	Ett nøytron henfaller til å danne et proton og et elektron, som avgis.

Hvis et element desintegrerer ved å miste en alfa-partikkel, vil det tape 2 protoner og 2 nøytroner., Hvis et atom desintegrerer ved å miste en beta partikkelen, det mister bare ett elektron.

Så hva har dette å gjøre med alderen på Jorden? Radioaktive forfall til slutt resulterer i dannelse av stabile datter produkter. Radioaktivt materiale forfall på kjent priser. Som tiden går, andelen av radioaktive isotoper vil øke og den andelen av datteren isotoper vil øke. En stein med en relativt høy andel av radioaktive isotoper er trolig svært unge, mens en stein med en høy andel av datteren produkter er trolig svært gamle.,

Forskere måle frekvensen av radioaktiv nedbrytning med en enhet som heter half-life. Halveringstiden til et radioaktivt stoff er mengden av tid, i gjennomsnitt, det tar før halvparten av atomene til forfall. Tenk deg For eksempel et radioaktivt stoff med en halveringstid på ett år. Når en stein er dannet, det inneholder et visst antall radioaktive atomer. Etter ett år (en half-life), halvparten av den radioaktive atomer har forfalt til å danne stabile datter produkter, og 50% av radioaktive atomer forbli., Etter et år (to halveringstider), halvparten av de gjenværende radioaktive atomer har forfalt, og 25% av radioaktive atomer forbli. Etter det tredje året (tre halveringstider), 12.5% av radioaktive atomer forbli. Etter fire år (fire halveringstider), 6,25 prosent av radioaktive atomer igjen, og etter 5 år (fem halveringstider), bare 3.125% av radioaktive atomer forbli.

Hvis du finner en stein som radioaktivt materiale har en halveringstid på ett år og måle 3.125% radioaktive atomer og 96.875% datter atomer, kan du anta at stoffet er 5 år gamle., Nedbrytning av radioaktivt materiale kan bli vist med en graf (Figur 11.25). Hvis du finner en stein med 75% av den radioaktive atomer igjen, om hvor gammel er den?

– >

Radiometrisk Datering av Bergarter

I prosessen av radiometrisk datering, flere isotoper er brukt til dags dato stein og andre materialer. Ved hjelp av flere forskjellige isotoper, hjelper forskere til å kontrollere nøyaktigheten av den alderen at de regner.,

karbondatering

Jordens atmosfære inneholder tre isotoper av karbon. Karbon-12 er stabil og regnskap for 98.9% av atmosfærisk karbon. Karbon-13 er også stabil og utgjør 1,1% av atmosfærisk karbon. Karbon-14 er radioaktive, og er funnet i små mengder. Karbon-14 er produsert naturlig i atmosfæren når kosmiske stråler samhandle med nitrogen atomer. Mengden av karbon-14 produsert i atmosfæren på et bestemt tidspunkt, har vært relativt stabil over tid.

Radioaktivt karbon-14 henfaller til stabile nitrogen-14 ved å slippe en beta partikkelen., Nitrogen atomer er tapt til atmosfæren, men mengden av karbon-14 forfall kan beregnes ved å måle andelen av radioaktivt karbon-14 til stabile karbon-12. Som et stoff aldre, er den relative mengden av karbon-14 synker.

Karbon er fjernet fra atmosfæren ved anlegg i prosessen av fotosyntesen. Dyr spiser dette karbon når de spiser planter eller andre dyr som har spist planter. Derfor karbon-14 datering kan brukes til dato planter og dyr som gjenstår. Eksempler inkluderer tømmeret fra en gammel bygning, bein, eller aske fra en brann-gropen., Karbondatering effektivt kan brukes til å finne en alder av materialer mellom 100 og 50 000 år gamle.

Kalium-Argon Dating

Kalium-40 henfaller til argon-40 med en halveringstid på 1.26 milliarder år. Fordi argon er en gass, kan det flykte fra smeltet magma eller lava. Derfor noen argon som er funnet i en krystall sannsynligvis dannet som et resultat av nedbrytning av kalium-40. Måler forholdet mellom kalium-40 til argon-40 vil gi et godt estimat av alder på prøven.

Kalium er en vanlig element som finnes i mange mineraler som feldspar, glimmer, og amphibole., Teknikken kan brukes til dato størkningsbergarter steiner på 100 000 år, til over en milliard år gamle. Fordi det kan brukes til dato geologisk unge materialer, teknikk har vært nyttige i å estimere en alder av innskudd som inneholder bein av menneskelige forfedre.

Uran-Bly Dating

To isotoper av uran er brukt for radiometrisk datering. Uran-238 henfaller til å danne bly-206 med en halveringstid på 4.47 milliarder år. Uran-235 henfaller til å danne føre-207 med en halveringstid på 704 millioner år.

Uran-bly dating er vanligvis utføres på krystaller av mineralet zirkon (Figur 11.,26). Når zirkon former i en størkningsbergarter rock, krystaller lett akseptere atomer av uran, men avviser atomer av bly. Derfor, hvis noen fører er funnet i en zirkon krystall, det kan antas at det var produseres fra nedbrytning av uran.

– >

Uran-bly dating kan brukes til dato størkningsbergarter bergarter fra 1 million år til rundt 4,5 milliarder år gammel. Noen av de eldste bergartene på Jorden har blitt datert ved hjelp av denne metoden, inkludert zirkon krystaller fra Australia som er 4,4 milliarder år gamle.,

Begrensninger av Radiometrisk Datering

Radiometrisk datering kan bare brukes på materialer som inneholder målbare mengder av radioaktive stoffer og deres datter produkter. Dette inkluderer organiske rester (som i forhold til bergarter, er relativt unge, mindre enn 100 000 år) og eldre bergarter. Ideelt sett flere forskjellige radiometrisk teknikker som vil bli brukt til samme dato rock. Avtalen mellom disse verdiene indikerer at den beregnede alder er nøyaktig.,

generelt, radiometrisk datering fungerer best for størkningsbergarter bergarter og er ikke veldig nyttig for å bestemme alder av sedimentære bergarter. For å anslå alder av sedimentære rock innskudd, geologer søk etter nærheten eller interlayered størkningsbergarter bergarter som kan være datert. For eksempel, hvis en sedimentære rock laget er klemt mellom to lag av vulkansk aske, sin alder er mellom de to blitsen lag.

ved Hjelp av en kombinasjon av radiometrisk datering, indeks fossiler, og superposisjon, geologer har konstruert et godt definert tidslinje av Jordens historie., For eksempel, en overliggende lavaen kan gi et pålitelig estimat av alder av sedimentære formasjon på ett sted. Indeks fossiler som finnes i denne formasjonen kan da bli matchet fossiler et annet sted, og gir en god alder måling for at ny formasjon som godt. Som denne prosessen har blitt gjentatt over hele verden, våre estimater av rock og fossilt aldre har blitt mer og mer nøyaktige.

leksjonssammendrag q q

Teknikker som superposisjon og indeks fossiler kan fortelle deg den relative alder av objekter, hvilke objekter som er eldre og som er yngre., Andre typer bevis som er nødvendig for å etablere den absolutte alder av objekter i år. Geologer bruker en rekke teknikker for å etablere absolutte alder, inkludert radiometrisk datering, tre ringer, iskjerner, og årlig sedimentære avleiringer kalt varves.

Radiometrisk datering er den mest nyttige av disse teknikkene—det er bare teknikk som kan etablere en alder av gjenstander eldre enn et par tusen år. Konsentrasjonene av flere radioaktive isotoper (karbon-14, kalium-40, uran-235 og -238) og deres datter produkter som er brukt for å fastslå alderen på steiner og organiske rester.,

se gjennom Spørsmål

– >

1. Det fire teknikker er brukt for å fastslå den absolutte alder av et objekt eller en hendelse?
2. Et radioaktivt stoff har en halveringstid på 5 millioner år. Hva er alderen på en stein der 25% av den opprinnelige radioaktive atomer fortsatt?
3. En forsker som studerer et stykke tøy fra en gammel gravstedet. Hun fastslår at 40% av den opprinnelige karbon-14 atomer forbli i duken. Basert på karbon forfall diagrammet (Figur 11.27), hva er den omtrentlige alder klut?
   

   Figur 11.,27: Radioaktiv nedbrytning av Karbon-14

4. Som radioaktive isotopen eller isotoper vil du bruke for å date hver av følgende objekter? Forklare hver av dine valg.
   • En 4 milliarder år gamle stykke granitt.
   • En million år gammel seng av vulkansk aske som inneholder spor av hominidere (menneskelige forfedre).
   • fur av en ullen mammut som nylig ble gjenopprettet frosset i en isbre.
   • En forsteinet trilobite utvinnes fra en seng av sandstein som er ca 500 millioner år gamle.,
5. prinsippet om uniformitarionism sier at nåtiden er nøkkelen til fortiden. Med andre ord, de prosesser som vi ser skjer i dag trolig jobbet på en lignende måte i det siste. Hvorfor er det viktig å anta at frekvensen av radioaktiv nedbrytning har vært konstant over tid?

Vokabular

absolutt alder alder av et objekt i år. alpha partikkel Partikkel som består av to protoner og to nøytroner som er kastet ut fra kjernen i løpet av radioaktiv nedbrytning., beta partikkelen Partikkel som består av ett elektron som er kastet ut fra kjernen i løpet av radioaktiv nedbrytning. En beta partikkelen er opprettet når et nøytron henfaller til å danne et proton og slippes ut elektron. datter produktet Stabilt stoff som produseres ved nedbrytning av et radioaktivt stoff. For eksempel, uran-238 henfaller til å produsere føre-207. half-life tiden som kreves for halvparten av atomene i et radioaktivt stoff å forfalle og form datter produkter. ice core Sylinder av is hentet fra en isbre eller isdekke., radioaktive Stoff som er ustabil og sannsynlig å avgi energetiske partikler og stråling. radioaktivitet-Stråling med høy energi partikler og/eller stråling av visse ustabile atomer. radiometrisk datering Prosessen med å bruke konsentrasjoner av radioaktive stoffer og datter produkter for å anslå alder av et materiale. Som stoffer alder, mengder av radioaktive atomer redusere mens mengder datter materialer øke. tre ring Laget av tre i et tre som former i ett år. Du kan aldersbestemme et tre ved å telle ringene., varve Tynt lag av sedimenter avsatt på sjøbunnen i løpet av ett år vanligvis funnet på bunnen av brevatn.

Poeng å Vurdere

• Hvorfor er teknikker som tre ringer, iskjerner, og varves bare nyttig for hendelser som har oppstått i de siste par tusen år?
• Hvorfor var det så viktig for Darwin og hans tilhengere for å bevise at Jorden var veldig gamle?
• Hvorfor er det viktig å bruke flere enn én metode for å finne alderen på en stein eller annet objekt?