Cum funcționează metodele de datare?
Sper că pot presupune că majoritatea am auzit de metoda de datare „14C”, dar câți știm ce presupune? Care sunt limitele sale? Ce alte metode se pot folosi pentru datarea materiei organice cât și non-organice? Cât de sigure sunt aceste metode științifice de datare? Păi la aceste întrebări îmi propun a răspunde în următoarele rânduri, deci dacă vreți să aveți răspunsuri la întrebările de mai sus vă rog derulați mai jos.
1.Circumstanțe în care a apărut prima metodă de datare folosind radioactivitatea pentru măsurarea timpului.
Lucrul ce a contribuit cel mai mult la dezvoltarea metodelor de datare a fost dorința de stabilire a vârstei Terrei, și să știți că nu a fost deloc ușor, a trebuit să se găsească o metodă de datare care să nu poată fi contrazisă și susținută de argumente irefutabile și asta datorită faptului că diferite ficțiuni filozofice, religioase sau chiar pre-științifice ( înainte ca știința să fie definită de seturi de criterii ce să facă teoriile sale exacte, separând astfel ipotezele științifice ce conțineau cuvântul teorie în titlu, de teoriile științifice recunoscute la nivel mondial de lumea științifică) stabileau vârste ale Terrei în contradictoriu. Astfel a luat naștere goana după identificarea unei metode de necontrazis.
Pentru a sublinia importanța unei metode de datare de necontestat obligând lumea să o accepte voi prezenta câteva date istorice ce evidențiază credințele și descoperirile unor epoci la adresa vârstei Terrei.
-cele mai vechi scrieri ce le avem despre vechimea lumi ( pe atunci rezumându-se la Pământ) consideră că lumea nu are început și în consecință exista din totdeauna, deci timpul infinit, dar pe atunci exista doar filozofie ridicată la rang de știință.
– În 1654 John Ussher, arhiepiscop de Armagh a calculat folosindu-se de informații din biblie că lumea a fost creată în ziua de duminică 23 octombrie 4004 î.e.n.
– Ca primă metodă științifică putem nota anul 1790 când William McClay a propus o vârstă minimă de 55.440 ani, bazându-se pe retragerea povârnișului cascadei Niagara. Dar eroarea sa a constat în faptul că a considerat cascada find la fel de veche ca și lumea (ca și Pământul)
-în secolul XIX John Joly a încercat o altă abordare științifică calculând concentrația de sare din oceanele lumii și nivelul de sare adăugat în fiecare an prin eroziunea rocilor ce conțin sare, ajungând la o estimare de 100 milioane ani, tot în acest secol geologii au ajuns la concluzia că au existat mai multe ere glaciare.
– Cea mai importantă descoperire în tehnicile de datare (cronologie cuaternară) s-a petrecut după al doilea război mondial, constând în folosirea descompunerilor radioactive pentru măsurarea timpului.
cu echipamentul de laborator
(Courtesy of the Archives,
California Institute of Technology)
-Prima datare folosind ca metodă de măsurare a timpului descompunerile radioactive s-a petrecut în 1948 și a folosit carbon radioactiv, iar în deceniile următoare dezvoltându-se și alte metode precum cele ce au la bază uraniu.
Clair Cameron Patterson în anul 1953 a anunțat oficial vârsta Pământului cuprinsă între 4,51 și 4,57 miliarde ani (lucru ce a rămas valabil până azi doar că se știe puțin mai precis și anume că vârsta Pământului este de 4,54 miliarde ani ±1%) estimarea făcută de Patterson s-a bazat pe analiza unui meteorit ce conținea plumb dar nu și uraniu . metoda folosită de acesta a fost folosirea timpului de înjumătățire a izotopilor instabili de plumb.
2.Cum funcționează metodele de datare folosind radioactivitatea?
Probabil toți am învățat în școală chimie și/sau fizică suficientă încât să ne amintim că:
1. Materia este formată din atomi.
2. Atomii sunt formați din nucleu și un înveliș electronic.
3. Nucleul este format din protoni și neutroni, iar învelișul electronic din electroni.
4. Un element chimic este identificat prin numărul atomic (câți protoni are) și masa atomică (numărul de protoni plus neutroni). De exemplu 23892U înseamnă izotopul cel mai răspândit de uraniu cu 92 protoni și 146 neutroni, cea de sus „238” fiind masa atomică.
5. Două elemente chimice diferă prin numărul atomic, de exemplu elementul cu număr atomic 6 este carbonul și cel cu număr atomic 7 azotul.
Dar ce ne interesează pe noi pentru a înțelege metodele de datare radioactive sunt izotopi elementelor, izotopii sunt atomi cu același număr de protoni, dar număr diferit de neutroni precum 12C, 13C, 14C toti fiind izotopi ai carbonului. Unii izotopi sunt stabili, alții nu. Cei instabili emit particule pentru a ajunge la o stare stabilă (se transformă dintr-un izotop instabil într-unul mai stabil) acest proces se numește radioactivitate. Cele mai comune forme de radiații sunt dezintegrările alfa, beta și gama.
Dezintegrarea Alfa – se constituie prin expulzarea din atom a unei particule alfa formate din doi protoni și doi neutroni astfel un atom al izotopului de uraniu 23892U se va dezintegra în timp în două noi elemente: 23892U → 23490Th + 42He2+
Dezintegrarea Beta – se constituie prin emiterea unui electron (sau a unui pozitron) din nucleu. Un exemplu ar fi transformarea potasiului în argon. 4019K → 4018Ar + e+ + νe(neutrin). e+ este un pozitron care rezultă din transformarea unui proton într-un neutron. p+ → n0 + e+
Dezintegrarea Gama – se constituie prin emiterea unei particule electromagnetice de frecvență înaltă (foton), dar nu constituie nici o modificare în numărul de protoni și neutroni.
Fiecare izotop radioactiv are un timp de înjumătățire definit de timpul ce este necesar, pentru ca dintr-o cantitate de izotopi rămâne jumătate. Deși dezintegrările radioactive individuale sunt întâmplătoare, se poate determina cu precizie timpul de înjumătățire. Astfel dăm ca exemplu Franciu, 223F are ca timp de înjumătățire 22 minute; sulful 35S are ca timp de înjumătățire 87,5 zile, iar toriul 232Th are ca timp de înjumătățire 14.05 miliarde ani; etc…
Deci teoretic pentru a data un material prin folosirea izotopilor radioactivi în primul rând este necesar să știm ce concentrație de izotopi a avut în stadiu inițial și timpul de înjumătățire a izotopului. Cantitatea inițială a izotopului instabil în cazul rocilor (în special pentru că după răcire interiorul rocii devine un adevărat mediu steril, nepermițând eliberarea unor substanțe în mediu ambiant) îl putem determina în cele mai multe cazuri prin măsurarea cantități elementelor formate în urma radiaților de dezintegrare.
Și totuși la datarea unor elemente nu se poate stabili cantitatea inițială de izotopi prin examinarea materialului ce trebuie datat, la astfel de elemente nu se pot găsi conservate la un loc cu izotopi instabili elementele rezultate în urma radiaților de descompunere. Dar la unele din aceste materiale sa observat că cantitatea de izotopi este o constantă în timp (cum ar fi 14C) o constantă în aerul respirabil ce este captată de apă și apoi de tot ce este viu în apă și pe uscat… în momentul morții unei vietăți din apă sau de pe uscat, aceasta nu mai absoarbe 14C din mediu ambient…. variațiile acestei constante ( foarte mici ce e drept) s-au determinat prin analiza straturilor glaciare ce sunt o adevărată carte de istorie a evoluției atmosferei terestre.
În afara metodei cu 14C se mai folosesc ca metode de datare cu izotopi radioactivi, metode precum: potasiu – argon ( 40K / 40Ar ); argon – argon (40Ar/39Ar); uraniu (238U și 235U ambii dezintegrându-se în forme stabile de plumb 206Pb și 207Pb); datarea samariu-neodim (149Sm, 147Sm / 143Nd). Aceste metode de datare vor fi prezentate în mod individual într-un alt articol.
3.De unde știm că metodele de datare folosind elementele radioactive (izotopi instabili și timpul de înjumătățire) sunt sigure, garantând rezultate exacte cu variații foarte mici?
Metodele de datare folosind izotopi instabili radioactivi și timpul de înjumătățire sunt metode sigure pentru că se bazează pe legi fizice bine înțelese și verificate în laboratoare, aceste legi nu sunt variabile în timp, nu poate spune nimeni ca azi terra are gravitație și în secolul viitor va lua o pauză sau ca oxigenul întreține focul azi dar nu și mâine. Întradevăr nu a putut nimeni observa „live” că timpul de înjumătățire a uraniului 238U este de 4,47 miliarde ani, nimeni nu trăiește așa de mult, dar s-a putut observa într-un laborator cu cât se micșorează cantitatea de 238U într-un interval de 1 an și restul s-a putut calcula.
Se spune că în natură nu există sisteme închise pentru a conserva, ține înauntru atât izotopi radioactivi cât și atomi rezultați, păi aici orice fizician sau chimist poate contrazice această ipoteză. O rocă vulcanică din momentul in care se răcește devine un astfel de recipient pentru atomii prinși în ea, chiar dacă se face transfer de energie termică și de fotoni, etc atomii prinși în rocă rămân acolo ( de exemplu o rocă ce conține argon este un sistem închis din p.d.v. al concentrației de argon și poate fi folosită la datare.
Pentru că mai multe metode de datare folosind izotopi diferiți oferă același răspunsuri fără a se contrazice subliniază că metodele de datare de mai sus sunt sigure, eficiente și garantează rezultate precise.
Întradevăr există procese cu viteze variabile și cu viteze constante, iar dezintegrarea radioactivă este un proces cu viteză constantă. Gândiți-vă la următorul lucru: avem o cantitate de 223F și așteptăm 22 min după care observăm ca cantitatea a scăzut la jumătate, repetăm observația de 100 ori și vedem ca înjumătățirea cantității se face în 22 minute de fiecare dată, ce motiv am avea să considerăm că viteza variază? Şi dacă la o mulțime de izotopi instabili se observă viteza de descompunere constantă, de ce am crede ca la uraniu (sau alt izotop instabil cu perioadă de înjumătățire prea mare ca să fie observată în mod direct) perioada de înjumătățire este variabilă. De ce am crede asta?
Lasă un răspuns