Evolucija

 

Radiometrijske metode datiranja

Pogled iz hrišćanskog ugla
Dr. Rodžer K. Vins (Roger C. Wiens)

Dr. Vins je doktorirao fiziku na temi izotopa u meteorima uključujući i metodu datiranja izlaganja kosmičkim zracima. U vreme pisanja prvog izdanja ovog rada, bio je zaposlen na Kalifornijskom tehnološkom institutu (Caltech), na odeljenju za geološka i planetarna istraživanja. Sada radi u Nacionaloj laboratoriji u Los Alamosu, u grupi za kosmička i atmosferska istraživanja.

Adresa za korespondenciju: : 941 Estates Drive, Los Alamos, NM 87544
Prvo izdanje objavljeno 1994, prerađena verzija 2002.

Predgovor

Radiometrijsko datiranje – postupak određivanja starosti stena na osnovu radioaktivnog raspada pojedinih elemenata – u širokoj je upotrebi već više od pola veka. Do danas je usavršeno preko 40 ovakvih postupaka gde svaki koristi različit radioaktivni element ili različitu metodu merenja njegovog sadržaja. Do danas je takođe postalo sasvim jasno da različite metode daju međusobno saglasne rezultate te koherentnu sliku prema kojoj je planeta Zemlja nastala veoma davno. Dalja potvrda njihove pouzdanosti potiče od potpune saglasnosti rezultata dobijenih ovim metodama sa rezultatima drugih metoda određivanja starosti kao što su godovi drveta ili ledena jezgra. Mnogi hrišćani navedeni su da sumnjaju u pouzdanost radiometrijskih metoda datiranja i ne znaju ništa o brojnim laboratorijskim merenjima koja dokazuju konsistentnost pomenutih metoda. Mnogi takođe ne znaju da se u rad na radiometrijskom datiranju neretko aktivno uključuju i hrišćani vernici.

Ovaj tekst relativno jednostavno opisuje kako rade pojedine radiometrijske metode, sa kolikom tačnošću se određuju vremena poluraspada radioaktivnih elemenata te starost samih stena, i kako se nalazi jedne metode proveravaju merenjima obavljenim nekom drugom metodom. Takođe su razobličene neke od najčešćih zabluda o ovoj materiji prisutnih među hrišćanskim vernicima. Ovaj tekst je dostupan na Internetu preko Američkog naučnog udruženja (American Scientific Affiliation) i srodnih sajtova a cilj mu je da podstakne veće razumevanje ovog važnog pitanja.


Sadržaj

Uvod
Opšti pregled
Radiometrijski časovnici
Primeri radiometrijskih metoda koje se koriste na vulkanskim stenama
     Kalijum – argon
     Argon – argon
     Rubidijum – Stroncijum
     Samarijum – Neodimijum, Lutecijum – Hafnijum i Renijum – Osmijum
     Uran – Olovo
Starost Zemlje
Nestali izotopi – iscureli peščanici
Kosmički radionuklidi: Ugljenik-14, berilijum-10, hlor-36
Radiometrijsko datiranje geološki mladih uzoraka (< 100,000 godina)
Ne-radiometrijske metode datiranja za periode od poslednjih 100,000 godina
     Ledena jezgra
     Varve
     Druge tehnike godišnjeg taloženja
     Termoluminisencija
     Elektronska spin rezonanca (ESR)
     Datiranje izlaganja kosmičkim zracima
Koliko su pouzdane postojeće metode određivanja starosti?
Sumnjičavci ne odustaju
Prividna starost?
Pravilno tumačenje Istine
Dodatak: Najčešće zablude u vezi sa radiometrijskim metodama datiranja
Napomena čitaocu
Beleška o autoru
Rečnik pojmova


Uvod

Rasprave o starosti Zemlje mogu zbuniti ili čak uvrediti mnoge ljude, posebno one koji Bibliju shvataju doslovno i smatraju je istinskom Reči Božjom. Iako se u Bibliji starost Zemlje nigde ne pominje, ova tema je postala jedno od najčešćih pitanja u raspravi o geološkoj istoriji naše planete jer su oni koji veruju u biblijsku verziju postanja sveta uspeli da odrede približan trenutak nastanka naše planete sabiranjem prosečne dužine životnog veka svih likova pobrojanih u Knjizi Postanja. Prema ovoj analizi, i prihvatajući bukvalnu interpretaciju Nedelje stvaranja, starost planete Zemlje je manja od 10,000 godina.

Radiometrijske metode datiranja pokazuju nešto sasvim drugo – Zemlja je hiljadama puta starija od toga - priibližno 4,5 milijardi godina. Mnogi duboko religiozni hrišćani prihvataju ovo gledište i u skladu s njim manje doslovno tumače Bibliju. Ipak, neki od njih i dalje smatraju da su radiometrijske metode nepouzdane, pogrešno interpretirane ili, u najboljem slučaju, zbunjujuće. Nažalost, brojna stručna literatura o ovoj temi je delom netačna ili teška za razumevanje, te se konfuzija oko stvarne starosti Zemlje nastavlja.

U nastavku ovog teksta videćete opis nekoliko najpopularnijih metoda datiranja, nekoliko praktičnih primera, a biće reči i o tome do koje mere različite metode datiranja daju podudarne rezultate. Cilj je veće razumevanje ove materije, posebno unutar hrišćanske zajednice. Mnogi ljudi sumnjaju u nalaze radiometrijskih metoda a ne znaju dovoljno o njima. Na primer, ne znaju da se metoda ugljenik-14 (C-14) u opštem slučaju ne može koristiti za određivanje starosti stena. Bog nas je pozvao da budemo “mudri kao zmije” (Mateja 10:16), čak i u ovom tehnološkom dobu. Uprkos svemu, različiti pogledi još uvek postoje unutar Crkve. Za ceo hrišćanski svet neslaganje oko starosti Zemlje pitanje je od relativno malog značaja; ali pošto nas je Bog pozvao na mudrost, ova materija je svakako vredna proučavanja.

Opšti pregled

Na ovom mestu potrebno je dodati jedno pojašnjenje – mnogi ljudi smatraju da se radioaktivni elementi koriste samo u nuklearnim elektranama ili u atomskim bombama. U stvari, radioaktivnost je svuda oko nas. U svakoj steni, drvetu ili živom biću postoji vrlo mala količina radioaktivnih elemenata koji se neprestano razgrađuju odnosno radioaktivno raspadaju i pretvaraju u druge elemente - izotope. Ovo je prirodan i bezopasan proces koji je sastavni deo fizičkog sveta.

Stene su sačinjene od brojnih sitnih kristala, a svaki od njih se obično sastoji od nekoliko hemijskih elemenata poput gvožđa, magnezijuma, silicijuma itd. Većina ovih elemenata su u prirodi stabilni i ne menjaju se tokom vremena, ali postoje i određeni elementi čija atomska struktura u normalnom stanju nije stabilna. Atomi pojedinih elemenata imaju osobinu da se tokom vremena pretvore u atome drugog elementa. Ovaj proces naziva se radioaktivni raspad, dok se ti elementi zovu radioaktivni elementi.

Ako postoji mnoštvo atoma originalnog elementa (uobičajeni naziv je element roditelj), njegovi atomi će se pretvarati (raspadati) u atome drugog elementa (element ćerka) prema unapred poznatoj brzini ili stopi raspada. Na osnovu tih postavki izvodi se zaključak kako se protok vremena može meriti u skladu sa smanjenjem broja atoma elementa roditelja i povećanjem broja atoma elementa ćerke.

Radiometrijsko datiranje može se uporediti sa procesom koji se odigrava u peščanom časovniku. Kada se peščani časovnik okrene, pesak curi iz gornjeg dela u donji. Atomi radioaktivnih elemenata su poput zrna peska u časovniku – kako se smanjuje broj zrna peska u gornjem delu (ili roditeljskom elementu), tako raste broj zrna u donjem delu (odnosno broj atoma elementa ćerke). Iako je nemoguće predvideti kada će određeno zrno peska pasti iz gornjeg dela u donji deo peščanika, može se sa velikom preciznošću izračunati koliko je vremena potrebno da bi ceo pesak iscureo. Kada se ovo dogodi, peščanik prestaje da meri vreme sve dok se ponovo ne okrene. Slično ovome, kada se svi atomi elementa roditelja pretvore u atome elementa ćerke, stena prestaje da “meri” vreme i proces može početi iznova jedino ako se u njoj nađe nova količina originalnog radioaktivnog elementa

Za razliku od peščanika gde je brzina isticanja peska konstantna tokom celog procesa, broj novonastalih atoma elementa ćerke opada kako se smanjuje broj atoma roditeljskog elementa (Slika 1). Ako je potrebno određeno vreme za radioaktivni raspad polovine ukupnog broja polaznih atoma, isto toliko vremena će biti potrebno da se raspadne polovina od preostale polovine (ili četvrtina početnog broja). U sledećem ciklusu raspašće se polovina od ove preostale količine ili osmina početnog broja. Nakon deset ovakvih ciklusa preostane manje od jednog hiljaditog dela početnog broja roditeljskog elementa. Vreme koje je potrebno da se polovina atoma originalnog elementa radioaktivno raspadne i pretvori u atome elementa ćerke, naziva se period poluraspada i on je jedinstven (unikatan) za svaki radioaktivni element. Jednačina kojom se izračunava broj atoma roditeljskog elementa vrlo je jednostavna a njen oblik je eksponecijalan. Uprkos mnogim nemuštim pokušajima da se dokaže suprotno, do sada nije zabeležen slučaj da ponašanje nekog radiokativnog elementa odstupa od ovog fundamentalnog pravila.

1 - u svega nekoliko slučajeva primećena je promena u stopi raspada pojedinih elemenata, ali nijedan od njih nema uticaja na metode određivanja starosti stena. O ovim specijalnim slučajevima biće reči nešto kasnije.

Takođe, za razliku od peščanika, pri radiokativnom raspadu nemoguće je promeniti brzinu (stopu) kojom se atomi roditeljskog elementa transformišu u atome elementa ćerke. Ako protresete peščanik, nagnete ga pod drugačijim uglom ili stavite u vozilo s velikim ubrzanjem, promeniće se vreme potrebno da pesak pređe iz jednog dela u drugi . Radioaktivni elementi su, sa druge strane, bili podvrgnuti ekstremno visokim i niskim temperaturama, pritiscima, ubrzanjima i jakim hemijskim reakcijama - svim uslovima za koje se može pretpostaviti da su delovali na običnu stenu bilo gde u Zemljnoj kori. Nije zabeležena pomena vredna promena u stopi raspada1.

Slika 1: Brzina preticanja peska iz gornjeg dela u donji deo peščanika u poređenju sa eksponencijalnim ponašanjem radioaktivnih elemenata. Većina prirodnih procesa koje viđamo su linearni poput peska u peščaniku. Pri eksponecijalnom raspadu količina početnog materijala smanjuje se za polovinu tokom svakog pojedinačnog vremena poluraspada. Nakon dva perioda poluraspada preostaje svega četvrtina početnog materijala, nakon tri perioda poluraspada svega osmina itd. Kao što se vidi na donjoj slici, količina novonastalog elementa ćerke rapidno se uvećava na početku procesa, a potom se ovaj porast usporava sa svakim narednim periodom poluraspada.

Peščanik će tačno pokazivati proteklo vreme jedino ako je potpuno izolovan od okoline. Ako se u staklu pojavi rupa kroz koju pesak može da iscuri napolje ili dodatni pesak uđe unutra, peščanik će pogrešno meriti vreme. Slično tome, stena kojoj se određuje starost mora biti potpuno zaštićena od gubitka ili dodavanja bilo roditeljskog elementa bilo njegovog elementa ćerke. Ako dođe do ovakvog poremećaja, metode određivanja starosti daće pogrešan rezultat. Kao što će biti objašnjeno kasnije u ovom tekstu, većina modernih metoda za određivanje starosti stena ima veoma dobre tehnike kojima se utvrđuje da li je ikada u prošlosti došlo do ovakve neželjene kontaminacije i u tom slučaju se uzorak odbacuje.

Peščanik meri koliko je vremena proteklo od trenutka kada je okrenut (u stvari, svaki peščanik meri tačno određen interval vremena, npr. dva minuta koliko je potrebno da sav pesak iscuri, tako da ova analogija nije savršena). Radiometrijsko datiranje (odnosno određivanje starosti) takođe govori koliko je vremena proteklo od određenog događaja u prošlosti. Za stene nastale tokom vulkanskih erupcija, taj događaj je obično hlađenje stene i njen prelazak iz stanja tečne lave ili magme u čvrsto stanje. U drugim slučajevima, taj događaj može biti ponovno zagrevanje stene kada se ona nađe na velikoj dubini u Zemljinoj kori (gde su temperature obično veće od 1000°C), kada se dugo zakopana stena nađe na površini (npr. pomeranjem glečera), ili trenutak smrti biljne ili životinjske jedinke.

Radiometrijski časovnici

2 - Termin izotop označava atome istog elementa, od kojih svi imaju isti broj protona u jezgru, ali različit broj neutrona (i samim time različitu masu). Na primer, ugljenik ima izotope mase 12, 13 i 14 koji se označavaju kao ugljenik-12, ugljenik-13, ugljenik-14 (ili skraćeno C12, C13, C14). Od njih je jedino ugljenik-14 radioaktivan i o njemu će biti reči kasnije.

Do danas je usavršeno preko 40 različitih metoda radiometrijskog datiranja, od kojih je svaka zasnovana na drugačijem radioaktivnom izotopu2. Neki od tipičnih roditeljskih elemenata i elemenata ćerki, i njihovi periodi poluraspada, navedeni su u Tabeli 1. Kao što se iz tabele vidi, postoje ogromne razlike u dužini perioda poluraspada između pojedinih izotopa. Izotopi sa dugim periodama poluraspada veoma sporo se transformišu u stabilne elemente te su stoga pogodni za datiranje veoma starih stena. Izotopi sa kratkim periodima poluraspada ne mogu se koristiti u ovom slučaju zato što su se svi roditeljski atomi odavno raspali, nešto nalik peščaniku koji je ostavljen da stoji veoma dugo nakon što je sav pesak prešao u donji deo. Izotopi sa kratkim periodima poluraspada su stoga pogodniji za datiranje relativno skorijih događaja, i metode datiranja koje ih koriste (poput metode ugljenik-14) po pravilu su preciznije. Adekvatno poređenje bila bi upotreba štoperice umesto zidnog časovnika da se izmeri vreme u trci na 100 metara. S druge strane, za merenje perioda od nekoliko nedelja ili meseci koristili bismo kalendar a ne ručni sat.

Radioaktivni Izotop
(roditeljski element)

Novonastali Izotop
(ćerka)

Period Poluraspada
(u godinama)

Samarijum-147

Neodimijum-143

106 milijardi

Rubidijum-87

Stroncijum-87

48.8 milijardi

Renijum-187

Osmijum-187

42 milijarde

Lutecijum-176

Hafnijum-176

38 milijardi

Torijum-232

Olovo-208

14 milijardi

Uranijum-238

Olovo-206

4.5 milijarde

Kalijum-40

Argon-40

1.26 milijarde

Uranijum-235

Olovo-207

0.7 milijardi

Berilijum-10

Bor-10

1.52 miliona

Hlor-36

Argon-36

300,000

Ugljenik-14

Azot-14

5715

Uranijum-234

Torijum-230

248,000

Torijum-230

Radijum-226

75,400

Tabela 1:Neki prirodni izotopi i njihovi periodi poluraspada. Preuzeto većim delom iz Holden, N.E. (1990) Pure Appl. Chem. 62, 941-958.

Logično bi bilo zapitati se kako su izmereni periodi poluraspada, naročito oni dugi milione ili milijarde godina? Ovo je obavljeno neposredno, bilo pomoću radiokativnog detektora kojim se beleži broj atoma koji se raspadne u jedinici vremena od unapred poznate količine roditeljskog elementa ili merenjem odnosa broja atoma elementa ćerke i roditeljskog elementa u uzorku koji je originalno sadržavao samo roditeljski element. Prvi pokušaji da se radioaktivno datiranje upotrebi za određivanje starosti stena izvedeni su početkom XX veka ali je napredak na tom polju bio relativno spor sve do četrdesetih godina. Za više od pola veka, koliko je proteklo od tada, obavljeno je bezbroj merenja vremena poluraspada različitih elemenata, a same metode merenja neprekidno su usavršavane. Iako je npr. broj atoma renijuma-187 koji se radioaktivno raspadnu za 50 godina neznatan delić početne količine, broj novonastalih atoma osmijuma-187 može se odrediti veoma precizno. Treba se prisetiti činjenice da jedan gram radioaktivnog materijala sadrži oko 1021 (1 i 21 nula iza) atoma. Čak i ako se samo jedan trilioniti deo ovog broja atoma raspadne u toku jedne godine, to je još uvek milionski velik broj, a svaki od ovih atoma može biti prebrojan uz pomoć radioaktivnog detektora. Preciznost vremena poluraspada koja su navedena u Tabeli 1, veoma je velika. Sva vremena poluraspada poznata su do nivoa greške od ±2%, izuzev za renijum (±5%) te lutecijum i berilijum (±3%). Nema dokaza da su se ova vremena menjala tokom istorije. U stvari (a o tome će biti reči nešto kasnije) postoje vrlo snažni dokazi da se vremena poluraspada nisu uopšte menjala milionima i milijardama godina.

Primeri radiometrijskih metoda datiranja koje se koriste na vulkanskim stenama

Pozabavimo se sada metodama za određivanje starosti stena i time kako one rade. Setimo se podatka koji je ranije pomenut da se kao početni događaj od koga se računa starost stene vulkanskog porekla uzima trenutak njenog hlađenja i prelaska u čvrsto stanje. Kada se tečna vulkanska lava ohladi i očvrsne, njeni atomi ne mogu više slobodno da se kreću. Atomi elementa-ćerke koji se konstantno stvaraju u procesu radioaktivnog raspada hlađenjem stene “zamrznuti” su na mestu gde su nastali unutar stene. Ovi atomi su nalik zrncima peska koja se talože u donjem delu peščanika. Određivanje starosti stene je proces koji se izvodi u dve faze. Prvo se odredi broj atoma elementa ćerke u datom uzorku stene kao i broj atoma roditeljskog elementa. Znajući vreme poluraspada za dati par elemenata roditelj-ćerka, može se odrediti vreme koje je proteklo do nastanka takvog odnosa između ta dva broja. Međutim, u praksi proces nije tako jednostavan. Za početak, ne može se naprosto pretpostaviti da u početnom trenutku u steni nije bilo atoma elementa ćerke. Postoje slučajevi kada je ova pretpostavka sasvim opravdana, ali obično je neophodno tačno utvrditi početni broj atoma elementa ćerke kako bi se moglo obaviti precizno određivanje starosti stene. Svaka radiometrijska metoda bavi se ovim problemom na različit način. Zbog toga su neke metode pogodnije od drugih za datiranje određenih vrsta stena, zavisno od njihovog sastava i starosti.

Metoda kalijum-argon

Kalijum se može naći u Zemljinoj kori u velikim količinama. Jedan od njegovih izotopa, kalijum-40, radioaktivan je i raspada se u dva različita elementa ćerke, kalcijum-40 i argon-40. Ovo ne predstavlja problem, jer je odnos broja novonastalih atoma ova dva elementa dobro poznat i uvek konstantan – od svih novonastalih atoma 11,2% biće atomi argona-40, a preostalih 88,8% biće kalcijum-40. U nekim situacijama starost stena se određuje pomoću kalijum-kalcijum metoda, ali ovo nije čest slučaj jer se početni sadržaj kalcijuma teško određuje. Argon je, sa druge strane, gas. Kada se stena još nalazi u stanju tečne lave, svi gasovi teže da “pobegnu” na isti način kao što mehurići vazduha uvek izlaze na površinu vode. Kada lava očvrsne, argon koji nastaje od tog trenutka više ne može da izađe napolje. Na ovaj način kalijum-argonski “časovnik” počinje svoj rad onog trenutka kada data stena pređe u čvrsto stanje. U najprostijem slučaju sve što geolozi treba da urade za određivanje starosti uzorka stene jeste merenje odnosa kalijuma-40 i argona-40. Starost stene se potom može izračunati pomoću sledeće jednačine:


t – vreme u godinama, h – vreme poluraspada, ln – prirodni logaritam.

Zastupnici ideje “mlade Zemlje” (odnosno ideje da Zemlja nije starija od 10,000 godina) pre izvesnog vremena su objavili rezultate istraživanja u kojem su metodom kalijum-argon izmerili starost stena nastalih tokom vulkanske erupcije od pre samo nekoliko godina. Izmerena vrednost bila je reda veličine nekoliko miliona godina. Ovo je kasnije poslužilo kao široko korišćeni argument da je metoda kalijum-argon bezvredna jer daje pogrešne rezultate. Greška je, međutim, na strani onih koji su ovo merenje izveli. Kalijum-argon metoda, sa svojim veoma dugim vremenom poluraspada, potpuno je neodgovarajuća za datiranje stena starih svega nekoliko godina ili decenija. Jedino što je ovim eksperimentom postignuto je pokazivanje da se određena merna metoda može “prevariti” ako se svesno koristi na neodgovarajući način. Do pogrešnog merenja u ovom slučaju došlo je zbog značajnog prisustva argona “siročića” (što je objašnjeno ranije u ovom tekstu, a prvi put primećeno još pre 50 godina). Gotovo je sigurno da se ovo merenje ne bi poklopilo sa rezultatima dobijenim iz drugih metoda, a određivanje starosti stene sa nekoliko nezavisnih i različitih metoda je danas standardna praksa.

Međutim, u praksi se dešava da mala količina argona ostane zarobljena u steni tokom procesa otvrdnjavanja i ovaj argon je obično u obliku sitnih mehurića vazduha. Jedan procenat vazduha koji udišemo je argon. Svaka količina argona prisutna u steni u vidu mehurića vazduha, mora se uzeti u obzir prilikom određivanja starosti stene ako je dovoljno velika u poređenju sa radiogenskim argonom (tj. argonom nastalim procesima radioaktivnog raspada). Ovo će, po pravilu, biti slučaj ako starost stene nije velika (te nije bilo vremena da se generiše veća količina radiogenskog argona) ili ako je originalan sadržaj kalijuma bio relativno nizak. Za praktičnu upotrebu metode kalijum-argon neophodan je način za određivanje količine argona koji se nalazi u mehurićima vazduha zarobljenim u steni. Ovo se izvodi prilično lako jer i sam argon ima nekoliko izotopa od kojih je u prirodi najviše argona-36. Odnos dva izotopa, argona-40 i argona-36, u vazduhu je poznat i iznosi 295 (na svaki atom argona-40 dolazi 295 atoma argona-36), pa se starost stena lako određuje prostim merenjem ukupne količine argona i oduzimanjem količine argona-36.

Starost stena najbolje se određuje upotrebom nekoliko različitih metoda za datiranje istog uzorka. Iako je metoda kalijum-argon veoma jednostavna za upotrebu, mali je broj slučajeva kada njegovi rezultati nisu saglasni sa onim dobijenim putem drugih metoda. Ovo se obično dešava kada mehurići gasa zarobljeni u steni ne potiču od atmosferskog vazduha već dolaze iz duboke unutrašnjosti Zemlje. Ovako prisutan argon naziva se “siroče” jer ne potiče ni od raspadajućeg kalijuma ni od atmosferskog vazduha. U malom broju slučajeva kada se u steni zatekne “siroče” argon, obično se dobija starost veća od stvarne. Međutim, šezdesetih godina XX veka naučnici su pronašli rešenje ovog problema, odnosno usavršenu argon-argon tehniku datiranja o kojoj će biti reči u sledećem odeljku.

Metoda argon-argon

Iako je proteklo skoro pola veka od uvođenja u upotrebu ove tehnike, ona je retko bila meta kritika onih koji sumnjaju u tačnost i pouzdanost radiometrijskih metoda datiranja. Koriste se potpuno isti elementi kao u metodi kalijum-argon, ali je način izračunavanja vremena (odnosno starosti stene) drugačiji. Umesto da nađe odnos ukupno prisutnog kalijuma i argona koji ne potiče iz mehurića vazduha, metoda argon-argon u stanju je da precizno utvrdi koliko je ukupnog argona nastalo radioaktivnim raspadom kalijuma.

U ovoj metodi uzorak stene postavlja se unutar nuklearnog reaktora gde ostaje nekoliko sati. Jezgro reaktora emituje veliki broj neutrona koji izazivaju radioaktivni raspad kalijuma-40 u argon-39. Argon-39 se ne nalazi kao slobodan u prirodi jer ima kratko vreme poluraspada od samo 269 godina (ovaj period ne utiče na tačnost metode argon-argon ako se merenje obavi u roku od približno pet godina nakon bombardovanja uzorka neutronima). Nakon postupka u reaktoru, uzorak stene postavlja se u peć gde se zagreva i oslobađa argon-40 i argon-39 koji se koriste za dalju analizu. Ideja je sledeća – ako se temperatura uzorka podiže u jednakim intervalima i ako oba izotopa, argon-40 i argon-39, potiču isključivo od radioaktivnog raspada, njihov odnos u oslobođenom gasu biće konstantan bez obzira na rast temperature. Ako je pak u uzorku prisutan argon-40 koji ne potiče iz raspada kalijuma-40 (zarobljen u mehurićima vazduha ili “siroče”) odnos dva izotopa neće biti konstantan i menjaće se sa porastom temperature. Ako se ovo ustanovi, uzorak se odbacuje i ne koristi za određivanje starosti stene.

Slika 2 pokazuje primer “dobrog” argon-argon uzorka. činjenica da je linija na dijagramu skoro horizontalna govori da praktično sav argon u uzorku potiče iz radioaktivnog raspada kalijuma, te da se ovaj uzorak može koristiti za pouzdano datiranje. Sadržaj kalijuma-40 može se odrediti množenjem sadržaja argona-39 faktorom koji zavisi od vremena koje je uzorak proveo u reaktoru. Kada je ovaj podatak poznat, položaj horizontalne linije u dijagramu pokazuje starost stene baziranu na standardnom postupku merenja odnosa kalijuma-40 i argona-40 (što je objašnjeno ranije u metodi kalijum-argon).


Slika 2: Tipičan dijagram dobijen metodom argon-argon. Svaki mali pravougaonik predstavlja prividnu starost uzorka dobijenu tokom jednog perioda zagrevanja. Gornja i donja ivica pravougaonika određuju gornji i donji limit za izračunatu starost. Starost uzorka određuje se na osnovu izmerenog odnosa argon-40/argon-39 i broja neutrona kojima je uzorak bio izložen u nuklearnom reaktoru. Na horizontalnoj osi vidi se ukupna količina argona-39 oslobođenog iz uzorka. Pouzdano određivanje starosti metodom argon-argon imaće mnogo malih koraka u procesu zagrevanja gde svaki daje isti odnos argon-40/argon-39. Starost stene određena je položajem horizontalne linije, odnosno prosečnom vrednošću svih koraka, u ovom slučaju oko 140 miliona godina. Preuzeto iz S. Turner et al. (1994) Earth and Planetary Science Letters, 121, pp. 333-348.

Postoje slučajevi u praksi kada metoda argon-argon ne može tačno da odredi starost stene, čak i ako se u njoj nalazi dovoljna količina kalijuma za analizu i ako je sama stena dovoljno stara. Ovo se obično dešava ako je stena u nekom trenutku svog postojanja, a nakon početnog očvršćavanja, prošla ponovo kroz process zagrevanja (obično preko 1000 °C) i hlađenja. Ukoliko se ovo dogodilo, sadržaj argona u steni biće poremećen i linija na dijagramu neće biti ravna niti horizontalna. Primer ovakvog dijagrama može se videti na Slici 3. Lako je uočljivo da nema ravnomerno horizontalnog dela linije, pa je i određivanje starosti nemoguće. U pojedinim slučajevima postoje dva različita horizontalna segmenta koji pokazuju dve starosti stene, onu kada se stena inicijalno formirala i onu kada je prošla kroz proces ponovnog zagrevanja i hlađenja. Važna činjenica vezana za metodu argon-argon je sledeća: Umesto da pokaže pogrešan rezultat, ova metoda će ukazati u kojim slučajevima je određivanje starosti nemoguće usled kontaminacije uzorka i takvi uzorci će biti odbačeni. Mnoge druge metode datiranja imaju ugrađene kontrolne mehanizme kojima se potvrđuje ili odbacuje pretpostavka o kontaminaciji uzorka, a neke od njih biće opisane u nastavku teksta.


Slika 3: Primer argon-argon dijagrama iz koga je nemoguće odrediti starost stene. Prividna starost različita je za svaki pravougaonik pa oblik linije drastično odstupa od poželjnog horizontalnog. Ovaj uzorak je podvrgnut ekstremno visokom dinamičkom pritisku od 420,000 atmosfera kako bi se simulirao udar meteora, što je izuzetno redak događaj u geološkoj istoriji Zemlje. Ovaj pritisak je zagrejao uzorak što je dovelo do preraspodele argona unutar njega te nemogućnosti tačnog utvrđivanja starosti. Pre nego što je podvrgnut udarnom pritisku, starost uzorka iznosila je 450 miliona godina (isprekidana linija na dijagramu).

Metoda rubidijum-stroncijum

Kod skoro svih metoda datiranja, izuzev u kalijum-argon i srodnoj argon-argon metodi, u uzorku kome se određuje starost postoji određena količina elementa-ćerke u trenutku kada se stena ohladila i očvrsnula. Upotreba ovih metoda stoga donekle nalikuje pokušaju da se kaže koliko je vremena prošlo od trenutka okretanja peščanog časovnika, ali pre nego što je sav pesak iscureo na dno. Postoje načini da se reši ovaj problem kod peščanog časovnika. Može se, na primer, napraviti skala na površini peščanika koja bi tačno označavala koliko peska je iscurelo do određenog trenutka te se tako može precizno meriti vreme. Veća preciznost dala bi se postići ako se u obzir uzme trenje između peska i stakla ili između samih zrnaca peska. Takođe, postoje pouzdani načini da se kaže koliko je elementa-ćerke bilo u datom uzorku u trenutku kada se data stena ohladila iz vulkanske lave.

U metodi rubidijum-stroncijum rubidijum-87 se radioaktivno raspada sa vremenom poluraspada od 48,8 milijardi godina i transformiše u stroncijum-87. Sam stroncijum ima nekoliko izotopa koji su stabilni i ne raspadaju se dalje. Odnos stroncijuma-87 i nekog od njegovih stabilnih izotopa, recimo stroncijuma-86, raste tokom vremena kako se sve više i više rubidijuma-87 pretvara u stroncijum-87. Međutim, u trenutku kada se stena formirala iz tečne lave svi njeni delovi imaju isti odnos stroncijum-87/stroncijum-86 jer su u tečnoj lavi ovi izotopi bili dobro izmešani. U isto vreme pojedini minerali koji sačinjavaju stenu će imati viši rubidijum/stroncijum odnos od drugih. Atom rubidijuma je veći od atoma stroncijuma tako se lakše smesti u kristalne rešetke pojedinih minerala, a teže kod drugih.

Na Slici 4 je dijagram kakav se koristi u određivanju starosti stena metodom rubidijum-stroncijum. Na njegovoj vertikalnoj osi vidi se odnos stroncijum-87/stroncijum-86, a na horizontalnoj osi je odnos rubidijum-87/stroncijum-86. U početku, svi minerali koji čine jednu stenu leže na horizontalnoj crvenoj liniji jer svi imaju isti odnos stroncijum-87/stroncijum-86, ali sa različitim odnosima rubidijum-87/stroncijum-86. Kako vreme prolazi i stena stari, svi uzorci se pomeraju naviše, ali nejednakom brzinom. Odnos stroncijum-87/stroncijum-86 raste, ali različito u različitim mineralima jer se, zbor različitog sadržaja rubidijuma, u nekima od njih stvara više stroncijuma-87, a u nekima manje. Ovaj porast obeležen je na dijagramu isprekidanim linijama sa strelicama čije su dužine proporcionalne odnosu stroncijum-87/stroncijum-86. Stoga će puna linija koja povezuje sve tačke od početnog horizontalnog položaja postajati sve strmija kako stena stari.

Sve kose linije koje se mogu konstruisati u različitim dobima starosti stene treba da prolaze kroz jednu zajedničku tačku koja leži na crvenoj horizontalnoj liniji (konstantan stroncijum-87/stroncijum-86 odnos) i to na njenom levom kraju. Ova tačka, gde je odnos rubidijum-87/stroncijum-86 jednak nuli, govori nam koliki je bio početni odnos stroncijum-87/stroncijum-86. Iz ovoga se može odrediti početni sadržaj stroncijuma-87 a to je ključni podatak za pravilno određivanje starosti date stene. Nagib linije na dijagramu rubidijum-stroncijum proporcionalan je starosti stene. Što je stena starija, linija na dijagramu biće strmija. Ako se nagib linije (odnosno tangens ugla) označi sa m, a vreme poluraspada rubidijuma sa h, starost stene t u godinama može se izračunati na sledeći način:


Za sistem elemenata s veoma dugim vremenom poluraspada, poput para rubidijum-stroncijum, vrednost nagiba linije m će biti relativno mala. Na primer, ako linija slična onoj na Slici 4, ima nagib m = 0,5110 (ova vrednost se može utvrditi vrlo precizno jer se odnos stroncijumovih izotopa meri s greškom manjom od jednog deset-hiljaditog dela) i ako znamo da je vreme poluraspada rubidijuma h = 48,8 milijardi godina, možemo izvesti sledeću racunicu:



Slika 4: Rubidijum-stroncijum tri-izotopni dijagram. Kada se stena ohladi i očvrsne iz tečne lave, svi njeni minerali imaju isti odnos stroncijum-87/stroncijum-86, ali se razlikuju po sadržaju rubidijuma. Kako stena stari količina rubidijuma u njenim mineralima opada, a količina stroncijuma-87 raste što je prikazano isprekidanim linijama sa strelicama. Minerali sa većim sadržajem rubidijuma na početku dobijaju više stroncijuma-87 pa se i više “penju” na dijagramu za razliku od onih čiji je porast manje izražen. Treba primetiti da u bilo kom trenutku sve karakteristične tačke leže na istoj liniji. Ako ovo nije slučaj, stena je verovatno kontaminirana i kao takva se odbacuje.


Slika 5: Početna količina stroncijuma-87 (količina prisutna u trenutku kada je stena prešla iz tečnog u čvrsto stanje) može se precizno utvrditi na osnovu sadašnjeg sastava ukoliko se kosa linija produži ulevo sve dok ne preseče vertikalnu osu (tačku gde je sadržaj rubidijuma-87 jednak nuli). Ovo je logično, jer ako u sistemu u datom trenutku nema rubidijuma-87, odnos stroncijum-87/stroncijum-86 biće konstantan. Nagib kose linije koristi se za sračunavanje starosti uzorka.

Iako se metoda rubidijum-stroncijum smatra veoma pouzdanim, u veoma retkim slučajevima može doći do pogrešnog očitavanja. Jedan od mogućih uzroka pojave greške jeste datiranje stene koja sadrži pojedine minerale starije od osnovnog sastava. Ovo se obično događa kada magma dok teče u unutrašnjosti Zemlje pokupi i rastopi minerale stena kroz koje protiče. U najvećem broju ovakvih slučajeva dobar geolog može golim okom napraviti razliku između ovih tzv. “ksenolita” i ostatka stene sačinjenog od mlađih minerala. Ukoliko se slučajno ovakvi uzorci podvrgnu datiranju, neće se dobiti prava linija na dijagramu i to će biti dobar indikator o počinjenoj greški. Druga poteškoća u korišćenju metode rubidijum-stroncijum slična je onoj opisanoj u metodi argon-argon. Naime, ukoliko je stena u svoj geološkoj prošlosti prošla kroz proces metamorfoze, odnosno jedan ili više ciklusa ponovnog zagrevanja (ali ne i potpunog topljenja) i hlađenja dobijeni podaci o starosti izgledaće konfuzno i sve karakteristične tačke neće ležeti na pravoj liniji. Ako su se pojedini minerali u steni samo zagrejali do visoke temperature, a pojedini pak potpuno otopili, oni prvi davaće originalnu starost, a ovi drugi metamorfoznu. čim se ova konfuzija u podacima primeti, uzorak se odbacuje i ne koristi se za određivanje starosti.

Takođe, u nekoliko veoma retkih slučajeva metoda rubidijum-stroncijum dao je dijagram na kome sve tačke leže na pravoj liniji, ali sama linija ne pokazuje tačnu starost stene. Ovo se dešava kada lava od koje je stena nastala nije bila dobro izmešana pre nego što je očvrsnula tako da postoje dve smeše s različitim odnosom rubidijuma i strocnijuma. Kod jedne od njih ovaj odnos blizak je gornjem kraju linije (kao na Slici 4) dok je odnos rubidijuma i stroncijuma kod druge smeše bliži donjem kraju linije. U ovom slučaju svi minerali od kojih je sastavljena stena imaju u sebi ove dve smeše a ukupni sastav nalazi se negde između njih. Ovo se naziva “dvokomponentna linija mešanja” i izuzetno retko se sreće u praksi. U dosadašnjoj upotrebi metode rubidijum-stroncijum opisano je oko 30 ovakvih slučajeva od nekoliko desetina hiljada obavljenih merenja. Ako postoji sumnja da je tretirani uzorak dvokomponentna mešavina dobijeni rezultati moraju biti potvrđeni ili odbačeni ponovnim merenjem nekom drugom metododm datiranja. Saglasnost rezultata dobijenih pomoću nekoliko različitih mernih metoda, najbolji je način da se izbegnu moguće greške u određivanju starosti stena.

Metode samarijum-neodimijum, lutecijum-hafnijum i renijum-osmijum

Svi ovi postupci rade veoma slično metodi rubidijum-stroncijum. Svi koriste tri-izotopni sistem sličan onom sa Slike 4 za određivanje starosti stena. Od ove tri metode, samarijum-neodimijum se najčešće koristi u praksi. Metoda se zasniva na procesu radioaktivnog raspada samarijuma-147 u neodimijum-143 s vremenom poluraspada od 105 milijardi godina. Odnos izotopa-ćerke, neodmijuma-143, i drugog neodmijumovog izotopa, neodmijuma-144, predstavlja se na grafikonu nasuprot odnosu samarijuma-147 i neodmijuma-144. Ako sve karakteristične tačke merene iz različitih minerala iste stene padaju na jednu pravu liniju, može se odrediti nagib te linije a potom i starost stene upotrebom iste formule kao i u metodi rubidijum-stroncijum.

Metoda samarijum-neodimijum koristi se na stenama koje imaju nizak sadržaj kalijuma i rubidijuma pa je upotreba metoda poput kalijum-argon, argon-argon ili rubidijum-stroncijum otežana. Ova metoda se takođe pokazala otpornijom na poremećaje poput metamorfoznog zagrevanja i hlađenja, te se najčećše koristi za pojedine vrste metamorfoznih stena. Za istu stenu nagib linije u dijagramu samarijum-neodimijum biće manji nego onaj u dijagramu rubidijum-stroncijum, jer je vreme poluraspada u prvom slučaju znatno duže, ali ovo ne predstavlja poteškoću pošto se količina ovih izotopa u uzorku stene može izmeriti s velikom tačnošću od nekoliko desetohiljaditih delova. Iz ovoga sledi da se mogu datirati stene mlađe od jedne pedesetine vremena poluraspada koje imaju linije na grafikonu s relativno malim nagibom.

Metoda lutecijum-hafnijum koristi izotop lutecijum-176 koji se sa vremenom poluraspada od 38 milijardi godina raspada u hafnijum-176. Ova metoda je po mnogo čemu slična metodi samarijum-neodimijum jer se elementi i jednog i drugog često koncentrišu u istim mineralima. Metoda samarijum-neodimijum je unekoliko lakša za upotrebu, pa se češće koristi.

Metoda renijum-osmijum oslanja se na činjenicu da je koncentracija osmijuma u većini stena i minerala vrlo mala, tako da mala količina roditeljskog elementa renijuma-187 može da proizvede značajnu promenu u odnosu osmijumovih izotopa. Vreme poluraspada u ovom slučaju je 42 milijarde godina. Stabilni osmijumovi izotopi, osmijum-186 ili osmijum-188, koriste se kao treći član u tri-izotopnim sistemima kakvi su opisani u prethodnim metodama. Ova metoda je najčešće korišćena za datiranje stena meteorskog porekla s visokim sadržajem gvožđa, ali njegova upotreba se poslednjih godina proširuje i na ostale tipove stena zahvaljujući činjenici da je znatno usavršena oprema za merenje renijumovih i osmijumovih izotopa.

Uran-olovo i srodne metode

Najstarije do sada locirane stene na Zemlji pronađene su u zapadnom Grenlandu. Upravo zbog ove velike starosti, njihovom proučavanju je posvećena velika pažnja. Donja tabela pokazuje rezultate dobijene iz dvanaest studija i uz upotrebu pet različitih metoda datiranja na jednoj posebnoj formaciji stena na Grenlandu.

Metoda Utvrdena starost
Uran-olovo 3.60±0.06
Olovo-olovo 3.56±0.10
Olovo-olovo 3.74±0.12
Olovo-olovo 3.62±0.13
Rubidijum-stroncijum 3.64±0.06
Rubidijum-stroncijum 3.62±0.14
Rubidijum-stroncijum 3.67±0.09
Rubidijum-stroncijum 3.66±0.10
Rubidijum-stroncijum 3.61±0.22
Rubidijum-stroncijum 3.56±0.14
Lutecijum-hafnijum 3.55±0.22
Samarijum-neodimijum 3.56±0.20

Kao što se vidi svi brojevi dati su uz vrednost moguće greške. Ova greška obuhvata gornju i donju granicu moguće stvarne vrednosti, a verovatnoća da se stvarna starost nalazi unutar ovih granica iznosi 95%. Primera radi, prvi primer pokazuje starost 3.60 ±0.05 što znači da se tačna vrednost nalazi u opsegu 3.60-0.05 – 3.60+0.05. Širina ovgog opsega je važna koliko i sama osnovna vrednost. Brojevi sa manjim opsegom greške su tačniji od onih sa većim. Važno je primetiti sledeće – svi brojevi dati u gornjem primeru preklapaju se u opsegu 3.62-3.65 milijardi godina starosti stene. Nekoliko istraživanja je takođe ukazalo na činjenicu da su ove stene, budući toliko stare, prošle kroz nekoliko blagih metamorfoznih promena koje su narušile raspored izotopa u mineralima koji sadrže kalijum (rezultati metoda datiranja baziranih na kalijumu nisu prikazani ovde). Kao što je pomenuto ranije, različite metode datiranja daju saglasne rezultate u velikoj većini slučajeva, a do sada je obavljeno na desetine hiljada ovakvih merenja. Nekoliko primera potpune saglasnosti u rezultatima dobijenim različitim metodama datiranja dato je u referentnoj literaturi na kraju teksta.

Metoda uran-olovo je najstarija poznata metoda datiranja stena. Prvi put je upotrebljena pre gotovo jednog veka – 1907. godine. Ovaj postupak je znatno složeniji od prethodno opisanih jer obuhvata nekoliko međusobno kombinovanih metoda datiranja. Uran se u prirodi uglavnom sastoji od dva izotopa: urana-235 i urana-238. Ovi izotopi se raspadaju s različitim vremenima poluraspada te proizvode olovo-207 i olovo-206. Još jedan izotop olova, olovo-208, dobija se raspadom torijuma-232. Olovo-204 je jedini stabilan izotop ovog elementa. Sistem uran-olovo poseduje jednu zanimljivu komplikaciju – nijedan od pomenutih izotopa olova ne potiče direktno od urana ili torijuma. Svi se dobijaju raspadanjem roditeljskog elementa preko serije posrednih izotopa koji imaju relativno kratko vreme poluraspada. Atomska masa svakog narednog izotopa manja je od njegovog prethodnika a proces se završava stvaranjem stabilnog olova.

Pošto su vremena poluraspada ovih posrednih izotopa kratka u poređenju sa vremenom poluraspada U-238, U-235 ili torijuma-232, oni, u opštem slučaju, ne utiču na postupak određivanja starosti stene ovom metodom. Ovo znači da se mogu dobiti tri nezavisne procene starosti uzorka merenjem sadržaja izotopa olova i njihovih roditeljskih elemenata. Ovde ćemo se pozabaviti datiranjem starih stena baziranom na U-238, U-235 i torijumu-232, a datiranje zasnovano na izotopima s kraćim vremenom poluraspada biće obrađeno kasnije.

Metoda uran-olovo, u svom osnovnom obliku i koristeći U-238, U-235 i torijum-232, pokazala se manje pouzdanom od mnogih drugih postupaka datiranja. Osnovni uzrok ovome je činjenica da se uran i olovo relativno teško zadržavaju u mineralima u kojima su prvobitno bili. Ipak, pošto metoda uran-olovo koristi tri nezavisna merna postupka, lako se utvrđuje da li je u geološkoj prošlosti uzorka došlo do narušavanja sadržaja pomenutih izotopa. Koristeći nešto složeniji matematički postupak nego u drugim metodama, različite kombinacije izotopa olova i roditeljskih elemenata mogu se predstaviti tako da se minimalizuje moguća greška usled gubitka olova. Jedan od ovih postupaka je tzv. olovo-olovo metoda kojom se može odrediti starost uzorka samo na osnovu izotopa olova. Neke od ostalih metoda čak omogućavaju da se utvrdi u kom trenutku u prošlosti je došlo do metamorfozne promene što je od posebnog interesa za geologe.

Starost Zemlje

Pozabavimo se sada starošću planete Zemlje i onim što nam metode datiranja govore o tome. Jasno je za početak kako je Zemlja stara najmanje onoliko koliko je stara najstarija pronađena stena. Najveća do sada utvrđena starost stene iznosi oko četiri milijarde godina. Međutim, samo mali deo svih zemaljskih stena je toliko star. Preko satelitskih snimaka i drugih merenja danas je poznato da se površina Zemlje neprekidno menja erozijom, zemljotresima, erupcijama i drugim geološkim procesima. Menjanje Zemljine površine dovodi do toga da pojedini slojevi nestaju i da ih zatrpaju drugi slojevi tokom čega često dolazi do ponovnog topljenja pojedinih stena. Stoga bi moglo izgledati da nema stena koje su preživele od nastanka Zemlje do danas a da nisu makar jednom prošle kroz proces ponovnog topljenja, erozije ili metamorfoze. Ako se sledi samo ova linija dokaza, može se sa sigurnošću reći da je Zemlja stara najmanje četiri milijarde godina jer su toliko stare najstarije pronađene stene.

Kada su naučnici počeli sistematski da određuju starost stena meteorskog porekla, opazili su jednu zanimljivu činjenicu - gotovo svi uzorci ovih stena imali su skoro identičnu starost od 4,56 milijardi godina. Ovi meteori su delovi većih nebeskih tela zvanih asteroidi. Kada se asteroidi formiraju u svemiru, proces njihovog hlađenje je obično veoma brz (neki od njih se zapravo nikada i ne zagreju do visokih temperatura) tako da su sve meteorske stene formirane u rasponu od svega nekoliko miliona godina. Meteorske stene nikada nisu prošle kroz proces ponovnog topljenja ili proces metamorfoze tako da se s njihovim uzorcima dobijaju veoma precizni dijagrami za određivanje starosti. Uzorci za koje je utvrđeno da potiču od velikih meteora, nešto su mlađi od drugih. Mesec je veći i od najvećih asteroida i za većinu stena koju su astronauti doneli sa Meseca utvrđena je starost od 4.1 milijarde godina, mada ima primeraka starih 4,4-4,5 milijardi godina. Većina naučnika smatra da su sva nebeska tela u Sunčevom sistemu formirana u približno isto vreme. Dokazi dobijeni preko izotopa urana, torijuma i olova povezuju starost Zemlje sa starošću do sada pronađenih ostataka meteora; prema tim dokazima Zemlja je stara 4,5-4,6 milijardi godina.

Nestali izotopi – iscureli pešcanici

Postoje i drugi načini da se odredi starost Zemlje. Ako vidimo peščanik čiji je sav pesak iscureo na dno, znači da je od njegovog okretanja prošlo više vremena no što je interval koji on može da izmeri. Ukoliko utvrdimo da je u steni jednom postojao roditeljski izotop u velikoj količini, ali se u međuvremenu potpuno radioaktivno raspao i nestao, to znači da je radiometrijski časovnik započeo svoj rad u trenutku koji je dalje u prošlosti no što je period vremena koji može da meri. Naučnici znaju za postojanje daleko većeg broja izotopa od onog navedenog u Tabeli 1. Međutim, većina tih izotopa ne postoji više na Zemlji (barem ne u prirodi) jer imaju relativno kratke periode poluraspada i do danas su potpuno nestali. Njihova vremena poluraspada su ponekad kraća od vremenskih perioda koje smo u stanju da izmerimo. Zapravo, svaki poznati hemijski element ima radioaktivne izotope koji više ne postoje na Zemlji!


Slika 6: Periodni sistem elemenata.

Većina ljudi je makar površno upoznata sa periodnim sistemom elemenata (Slika 6). Nuklearni hemičari i geolozi koriste unekoliko različit sistem koji pokazuje sve izotope datog elementa. Na Slici 7 prikazan je deo ovog dijagrama koji se naziva tabela nuklida. To je u osnovi grafikon koji pokazuje broj protona naspram broja neutrona za različite izotope istog elementa. Svaki hemijski element definisan je svojim brojem protona i time se razlikuje od drugih elemenata. Svaki hemijski element može imati određeni broj izotopa, to jest atoma s različitim brojem neutrona. U tabeli nuklida svaki element zauzima poseban red, a njegovi izotopi se prostiru na desnu stranu i zauzimaju različite kolone. Kalijum (19 protona u jezgru) koji se nalazi u prirodi, može imati ukupan broj protona i neutrona jednak 39, 40 ili 41. Kalijum-39 i kalijum-41 su stabilni, ali kalijum-40 nije i upravo zbog toga se koristi u metodi datiranja kalijum-argon opisanoj ranije u ovom tekstu. Pored ova tri izotopa moguće je proizvesti još veliki broj izotopa kalijuma, ali kako se vidi na desnoj strani Slike 7, njihova vremena poluraspada su jako kratka te oni nestaju vrlo brzo.


Slika 7: Deo dijagrama nuklida koji pokazuje izotope argona i kalijuma, kao i neke izotope hlora i kalcijuma. Izotopi prikazani u kvadratima tamnozelene boje mogu se naći u različitim stenama. Izotopi prikazani svetlo zelenom bojom imaju kratke periode poluraspada te stoga više ne postoje u prirodi. Skoro svaki hemijski element iz periodnog sistema ima izotope s kratkim vremenom poluraspada koji, izuzev ako su obnovljeni putem kosmičkog zračenja ili veštačkim radioaktivnim procesima, više ne postoje u prirodi.

Ukoliko proučimo listu svih poznatih izotopa, onih koji još uvek postoje u prirodi ali i onih kojih više nema, dolazimo do zanimljivog zaključka – skoro svi izotopi sa vremenom poluraspada kraćim od jedne milijarde godina ne mogu se više naći na Zemlji. Iako, na primer, većina stena sadrži značajne količine elementa kalcijuma, njegov izotop kalcijum-41 (vreme poluraspada 130,000 godina) ne postoji u prirodi, kao što ne postoje ni kalijum-38, -42, -43 itd (Slika 7). Svi prirodni radioizotopi (koji nisu nastali veštačkim putem) jesu oni s vremenom poluraspada od jedne milijarde godina ili dužim, kao što je pokazano na Slici 8. Svi izotopi s kraćim vremenom poluraspada imaju neki izvor koji konstantno obnavlja njihovo prisustvo. Jedan od takvih “kosmičkih” izotopa je i hlor-36 (prikazan na Slici 7), koji će biti detaljnije diskutovan nešto niže. U velikom broju slučajeva, posebno u ostacima meteora, postoje dokazi prisustva izotopa sa kratkim vremenom poluraspada u nekom trenutku u prošlosti koji su u međuvremenu iščezli. Neki od ovih izotopa i njihova vremena poluraspada dati su u Tabeli 2. Ovi izotopi su nepobitan dokaz da je Sunčev sistem nastao pre više vremena no što je njihov period poluraspada. S druge strane, postojanje na Zemlji roditeljskih izotopa sa vremenima poluraspada od jedne milijarde godina i dužim govori snažno u prilog tezi da je Zemlja nastala pre nekoliko milijardi godina. Zemlja je dovoljno stara da su izotopi sa periodima poluraspada manjim od jedne milijarde godina imali dovoljno vremena da potpuno nestanu, ali ipak ne toliko stara da bi nestali izotopi s dužim vremenom poluraspada. Ovo se može ilustrovati s primerom dva peščanika od kojih jedan meri kraći vremenski period i njegov pesak je već iscureo, dok drugi meri duže intervale i još uvek radi.


Slika 8: Periodi poluraspada jedinih radionuklida koji se danas nalaze u prirodi a čiji izvor nije više prisutan, iznose milijardu godina ili su duži, što znači da ti izotopi postoje još od vremena nastanka Zemlje. Izotopi s vremenom poluraspada kraćim od toga, više ne postoje u stenama izuzev ukoliko se njihove zalihe ne obnove iz nekog spoljnog izvora.

Iščezli izotop Period Poluraspada
(u godinama)
Plutonijum-244 82 miliona
Jod-129 16 miliona
Paladijum-107 6.5 miliona
Mangan-53 3.7 miliona
Gvožde-60 1.5 miliona
Aluminijum-26 700,000
Kalcijum-41 130,000

Tabela 2: Roditeljski izotopi za koje postoje čvrsti dokazi da su jednom obitavali u meteorskim stenama, ali su se od tada potpuno radioaktivno raspali.

Kosmički radionuklidi: ugljenik-14, berilijum-10, hlor-36

Periodi poluraspada poslednjih pet radiometrijskih sistema pobrojanih u Tabeli 1, znatno su kraći od ostalih. Za razliku od radioaktivnih izotopa o kojima je bilo reči ranije, zalihe ovih izotopa konstantno se obnavljaju, i to na dva moguća načina. Uran-234 i torijum-230 obnavljaju se spororaspadajućim uranom-238. O njima ćemo govoriti u sledećem odeljku. Preostala tri sistema iz tabele 1, ugljenik-14, berilijum-10 i hlor-36, proizvode se kada kosmički zraci (visokoenergetske čestice i fotoni) pogode gornje slojeve Zemljine atmosfere. Veoma male količine svakog od ovih izotopa prisutne su u vazduhu koji udišemo i vodi koju pijemo. Kao rezultat toga, sva živa bića (i biljke i životinje), unose veoma male količine ugljenika-14, dok se berilijum-10 i hlor-36 talože na dnu jezera i mora.

Ove kosmološke metode datiranja rade na donekle različitim principima od ostalih. Ugljenik-14 je u naročito širokoj upotrebi za određivanje starosti takvih materijala kao što su kosti, drvo, vlakna, papir i ostaci uginulih biljaka i životinja uopšte. Grubo uzevši, odnos ugljenika-14 i stabilnih izotopa ugljenik-12 i ugljenik-13 relativno je konstantan u atmosferi i živim organizmima i dobro je proučen. Kada živi organizam umre, prestaje unos ugljenika disanjem i hranom, a zatečena količina ugljenika-14 vremenom opada usled radioaktivnog raspada. Koliki je pad odnosa ugljenik-14/ugljenik-12 ukazuje na to koliko je uzorak star. Pošto je period poluraspada ugljenika-14 manji od 6000 godina ova metoda se može koristiti za datiranje uzoraka starih do približno 45000 godina. Fosilni ostaci dinosaurusa ne sadrže ugljenik-14 (izuzev ako su kontaminirani), jer su dinosaurusi istrebljeni pre oko 60 miliona godina. Međutim, ostaci nekih drugih životinjskih vrsta koje su davno nestale, poput mamuta mogu biti datirani metodom ugljenik-14 jer sadrže ovaj izotop. Starost pojedinih praistorijskih ostataka, pa čak i nekih u vezi sa događajima opisanima u Bibliji, može se odrediti metodom ugljenik-14.

Rezultati dobijeni ovom metodom pažljivo su upoređeni s poznatim istorijskim datumima i metodama datiranja koji nisu zasnovani na radioaktivnim izotopima. Godovi na stablima, na primer, ako se pažljivo izbroje vrlo su pouzdan način za određivanje starosti drveća. Svaki god apsorbuje ugljenik iz vazduha ili minerala tokom godine u kojoj je nastao. Tačnost metode ugljenik-14 proverava se utvrđivanjem starosti proizvoljno odabranog goda iz centra stabla, a potom se rezultat uporedi s prostim brojanjem godova počev od spoljašnje ivice. Upravo ovaj postupak je primenjen na nekim od najstarijih stabala na svetu, kao što je ”Metuzalem drvo” staro oko 6000 godina. Ovaj metod kalibracije primenljiv je i za duže vremenske periode. Pojedina stabla nađena su u veoma suvom području u blizini granice američkih država Nevade i Kalifornije. Mrtvim stablima u takvim uslovima potrebne su hiljade godina da se potpuno raspadnu. Rast godova u kišnim i sušnim godinama različit je i ako se ovaj model rasta uporedi između živih i mrtvih stabala, kalibracija metoda ugljenik-14 moguća je unazad 11 800 godina. ”Plutajući” istorijski zapisi, koji nisu vezani za sadašnje vreme, postoje čak i za dalje periode iz prošlosti ali se njihova tačnost ne može pouzdano utvrditi. Ulažu se veliki napori da se premoste praznine u vremenskom zapisu kako bi se dobio kontinuiran i pouzdan uvid duboko u praistorijski period. Proučavanjem godova drveta i tako merenim protokom vremena, bavi se nauka dendrohronologija.

Godovi drveta ne daju pouzdanu vremensku referencu dalje od 11,800 godina u prošlost zbog toga što je približno u to vreme na Zemlji nastupila nagla i dramatična promena klimatskih uslova. Tokom perioda ledenih doba, dugovečne vrste stabala nisu rasle u istim područjima Zemlje kao danas. Naučnici su uspeli da s velikom preciznošću rekonstruišu ovaj period promene tako da o klimatskim događajima iz tog vremena imamo znatna saznanja. Teško je, međutim, dati kontinuirani hronološki zapis baziran na metodi godova za ovaj period brzih klimatskih promena. Pre ili kasnije, dendrohronologija će uspeti da pronađe pouzdan godovni zapis kojim će se premostiti sadašnje praznine, dok se međuvremenu metoda ugljenik-14 za vremena koja sežu u prošlost dalje od 11,800 godina kalibriše na druge načine.

Kalibracija metode ugljenik-14 do unazad skoro 50,000 godina, može se obaviti kroz nekoliko različitih postupaka. Jedan od njih je upotreba slojeva materijala koji se talože na dnu jezera ili morskih zaliva. Na nekim od ovih mesta sedimentacija (taloženje čvrstog materijala) relativno je brza i razlikuje se iz godine u godinu tako da je svaki godišnji sloj karakterističan. Ovi slojevi se mogu prebrojati i pretvoiti u godine na isti način kao i godovi drveta. Ako neki od ovih slojeva sadrže biljne ostatke, oni se koriste za kalibraciju metode ugljenik-14.

Drugi postupak kalibracije je da se pronađu relativno novije naslage karbonata (jedinjenja koja sadrže ugljenik) i da se ugljenik-14 nađen u njima uporedi s nalazima nekog drugog brzo raspadajućeg radioaktivnog izotopa. Gde se pronalaze ove naslage karbonata? Tipično mesto su pećine gde kapljice vode koje padaju sa svoda stvaraju veličanstvene stalagmite i druge formacije sa mnogo karbonata. Budući da je većina ovih pećinskih formacija nastala relativno nedavno (i da se nove uvek iznova stvaraju), ovo je vrlo koristan pristup za kalibraciju i potvrdu rezultata nađenih metodom ugljenik-14.

Šta nam govori kalibracija metodem ugljenik-14 naspram stvarne starosti? Ako se starost uzorka odredi metodom ugljenik-14 uz pretpostavku da je odnos ugljenika-14 i ugljenika-12 u atmosferi bio sve vreme konstantan, dobiće se mala greška jer se i ovaj odnos neznatno menjao. Slika 9 pokazuje da se udeo ugljenika-14 u atmosferi tokom poslednjih 40,000 godina smanjio približno za faktor dva. Ovo se pripisuje snaženju Zemljinog magnetnog polja koje je u tom periodu bilo u stanju da bolje zaštiti atmosferu od snažnog kosmičkog zračenja pa se i stvaralo manje ugljenika-14 (promene u ponašanju magnetnog polja veoma su dobro proučene. Potpuno obrtanje magnetnog polja, odnosno zamena južnog i severnog magnetnog pola desile su se mnogo puta u Zemljinoj geološkoj istoriji). Mala količina podataka koju imamo za period između 40,000 i 50,000 godina u prošlosti ukazuje da je upravo tada došlo do značajne promene u ponašanju magnetnog polja odnosno da je do tada polje slabilo, a nadalje jačalo. To bi značilo da je u dalekoj prošlosti odnos ugljenika-14 i ugljenika-12 bio niži, ali za ovu hipotezu treba još čvrstih dokaza kako bi bila definitivno potvrđena.

Kakav uticaj ova promena ima na nekalibrisanu metodu ugljenik-14? Donji panel Slike 9 pokazuje razliku između kalibrisanih i nekalibrisanih merenja dobijenih metodom ugljenik-14. Ova razlika je, u opštem slučaju, manja od 1500 godina za starosti do 10,000 godina, ali raste na 6000 godina za starosti do 40,000 godina. Nekalibrisana metoda ugljenik–14 daje manju starost od stvarne. Treba primetiti da skoro dvostruka razlika u količini atmosferskog ugljenika-14, prikazana u gornjem panelu Slike 9, ne znači i dvostruku razliku u starosti. Ona nije veća od trajanja jednog perioda poluraspada koji u ovom slučaju iznosi oko 5700 godina. Ovo je svega oko 15% u ukupnom rasponu od 40,000 godina. Početni deo kalibracione krive (donji pano) veoma je dobro proučen i već dugo u upotrebi tako da svi podaci o starosti uzoraka dobijeni metodom ugljenik-14 za starosti manje od 11 800 godina, daju kalibrisane (tačne) vrednosti ukoliko drugačije nije naznačeno. Ostatak krive koji se proteže do 40,000 godina u prošlost relativno je novijeg datuma, te se njegova šira upotreba tek očekuje.


Slika 9: Odnos ugljenika-14 i ugljenika-12 u poređenju sa današnjim vrednostima (gornji pano). Za razliku od postupaka datiranja koji testiraju veoma stare uzorke, metoda ugljenik-14 zasniva se na poznavanju koncentracije ugljenika-14 u atmosferi u vreme kada je biljni ili životinjiski uzorak koji se testira bio živ. Produkcija ugljenika-14 od strane kosmičkih zraka bila je, za period za koji se ova metoda koristi, približno dvaput veća nego danas. Podaci dobijeni za uzorke do 11 800 godina, potvrđeni su upoređivanjem s metodom brojanja godova drveta, dok su oni za starije uzorke upoređeni s drugim nalazima, kao što su starost stalagmita što je i ovde predstavljeno. Donji pano pokazuje razliku između kalibrisanih i nekalibrisanih merenja starosti uzrokovanih promenama u koncentraciji atmosferskog ugljenika-14 tokom vremena. Podaci o starosti na osnovu metode godova drveta uzeti su iz rada Stuiver et al. (1998) Radiocarbon 40, pp. 1041-1083, dok su podaci na osnovu metode stalaktita uzeti iz Beck et al. (2001)Science 292, pp. 2453-2458.

Radiometrijsko datiranje geološki mladih uzoraka (< 100,000 godina)

U pojedinim slučajevima moguće je odrediti starost relativno mladih uzoraka pomoću neke od metoda dugoročnog datiranja opisanih ranije. Ove metode mogu se upotrebiti za mlade uzorke ako u njima postoji, npr. relativno visoka koncentracija roditeljskog izotopa. U tom slučaju čak i za tako kratko vreme nastala je relativno velika količina izotopa ćerke. Autori članka u časopisu Science (Nauka) (Vol. 277, pp. 1279-1280, 1997) potvrdili su saglasje rezultata dobijenih metodom argon-argon i stvarne starosti uzoraka lave nastale u poznatoj erupciji vulkana Vezuv u Italiji 79. godine naše ere.

Postoje i drugi načini da se odredi starost geološki mladih uzoraka. Pored ”kosmičkih” radionuklida o kojima je bilo reči ranije, na Zemlji postoji još jedna klasa kratkoživećih (s kratkim periodom poluraspada) izotopa. Ovo su izotopi nastali u nekoj fazi raspada dugoživećih radionuklida kao što su oni ranije pobrojani u Tabeli 1. Kao što je rečeno u odeljku o metodi uran-olovo, radioaktivni raspad urana ne dovodi odmah do stabilnih izotopa olova. Ovaj proces se odvija preko čitave serije nestabilnih međuizotopa da bi se na kraju stiglo do stabilnog olova-206. Dok se sama metoda uran-olovo koristi bez problema za datiranje milionima godina starih uzoraka zbog prisustva ovih međuizotopa, neki od njih imaju periode poluraspada dovoljno duge za datiranje uzoraka i događaja starih manje od nekoliko stotina hiljada godina (ovi periodi poluraspada su daleko manji od jednog hiljaditog dela perioda poluraspada ranije pomenutog roditeljskog urana ili torijuma). Dva najčešće korišćena izotopa iz ove ”uranijumske-serije” jesu uran-234 i torijum-230. Oni su prikazani u poslednja dva reda Tabele 1 i ilustrovani na Slici 10.

Poput ugljenika-14, izotopi iz uranijumske serije s kratkim periodom poluraspada konstantno se obnavljaju procesom raspadanja urana-238 koji se nalazi na Zemlji od trenutka njenog nastanka. Kao i u metodi ugljenik-14, ovi izotopi se mogu iskoristiti za određivanje starosti tako što im se uskrati ovaj izvor obnavljanja; to dovodi do ”pokretanja časovnika”. U metodi ugljenik-14 ovo se događa kada živo biće (npr. drvo) ugine te prestane da unosi ugljenik-14 iz vazduha. Kratkoživeće uranove izotope neophodno je fizički odvojiti od roditeljskog urana. Zahvaljujući svojim hemijskim osobinama, uran i torijum se relativno lako razdvajaju. Uran se, za razliku od torijuma, dobro se rastvara u vodi, tako da su mnogobrojni procesi u kojima se koristi torijum-230 zasnovani na njegovom hemijskom razdvajanju od urana.


Slika 10: Šematski prikaz procesa radioaktivnog raspada urana-238 gde su prikazani izotopi sa najdužim periodima poluraspada. Ovi periodi dati su uz naziv svakog od izotopa. Strelice nacrtane punom linijom označavaju direktan proces transformacije jednog izotopa u drugi dok one nacrtane isprekidanim linijama ukazuju na to da postoji jedan ili više međukoraka gde su periodi poluraspada najdužeživećih od ovih izotopa dati ispod crte.

Sedimenti nataloženi na dnu okeana imaju veoma malo urana u poređenju sa torijumom. Usled ovoga uran i njegov doprinos obnavljanju zaliha torijuma mogu se zanemariti u mnogim slučajevima datiranja sedimenata. Torijum-230 se ponaša slično dugoživećim izotopima koji su objašnjeni ranije. On formira jednostavan sistem roditelj ćerka i kao takav se koristi za određivanje starosti sedimenata. Sa druge strane, kalcijum karbonati nastali u vodi biološkim procesima (kao što su korali, školjke, zubi ili kosti vodenih stvorenja) apsorbuju malu količinu urana dok torijum ne apsorbuju uopšte (zbog njegove neuporedivo manje koncentracije u vodi). Određivanje starosti ovakvih uzoraka moguće je zbog njihovog nedostatka torijuma. Novonastali koralni greben neće sadržati praktično nikakav torijum. Kako vreme prolazi, deo urana sadržan u njegovim kalcijum-karbonatnim strukturama pretvoriće se u torijum-230. Iako je i sam torijum-230 radioaktivan pa se i sam dalje raspada, ovaj uticaj se može kompenzovati prilikom određivanja starosti uzorka. Matematičke jednačine koje se koriste u ovom slučaju nešto su složenije nego u metodama opisanim ranije, ali metoda uran-234/torijum/230 se uspešno koristi već nekoliko decenija za određivanje starosti koralnih grebena. Poređenje rezultata dobijenih metodom uran-234 s rezultatima dobijenim direktnim posmatranjem godišnjeg rasta koralnih prstenova, dokazuje da je ovaj postupak izuzetno precizan ukoliko se koristi na pravilan način. Tehnika je takođe korišćena za datiranje pećinskih stalaktita i stalagmita već pomenutih u vezi sa kalibracijom metode ugljenik-14. Do danas je obavljeno na desetine hiljada merenja pomoću uranovih izotopa na pećinskim formacijama širom sveta.

Metoda uran-234/torijum-230 se danas takođe koristi za datiranje ljudskih ili životinjskih kostiju i zuba. Pre pojave ovog postupka starost ovakvih ostataka obično je određivana na osnovu geoloških slojeva neposredno iznad i ispod datog uzorka. Sa razvojem i usavršavanjem metode uran-234/torijum-230, omogućeno je da se njihova starost odredi direktno, a do sada obavljena merenja na zubnoj gleđi pokazuju kako su dobijeni datumi vrlo pouzdani. Ipak, datiranje kostiju može katkad da bude problematično jer su kosti mekše od gleđi i sklonije kontaminaciji iz okolnog zemljišta. Za svako određivanje starosti, saglasnost rezulata dobijenih pomoću nekoliko različitih metoda najbolji je način da se dobiju pouzdani podaci. Ukoliko starost uzorka izlazi izvan opsega metode ugljenik-14 (veća je od 40,000 godina), drugi način za potvrdu rezultata dobijenih torijumom-230 može biti neka od neradiometrijskih metoda poput ESR ili TL opisanih nešto niže.

Neradiometrijske metode datiranja za periode od poslednjih 100,000 godina

Ovde će biti napravljena mala digresija od osnovne teme radiometrijskih metoda datiranja kako bi se pomenule i druge tehnike. Važno je imati na umu da je do danas prikupljena ogromna količina podataka o starosti uzorka i drugim događajima u poslednjih 100,000 godina, i to pomoću različitih metoda koje se ne zasnivaju na radioaktivnim elementima i izotopima. Već je pomenuta dendrohronologija (određivanje starosti pomoću godova drveta), a to je tek jedna od brojnih metoda u ovoj grupi. Ovde ćemo se ukratko pozabaviti ovim pitanjem.

Ledena jezgra. Jedan od najboljih načina da se ide dalje u prošlost i tako pređu granice metode godova drveta, jesu sezonske varijacije u naslagama leda na Grenlandu i Antarktiku. Postoje jasno uočljive razlike između leda nastalog tokom zime i leda nastalog u proleće, leto ili jesen. Sezonski slojevi mogu se uočiti i prebrojati na isti način kao i godovi drveta. Razlike među njima sastoje se od: a) vizuelnih razlika usled većih mehurića vazduha i većih kristala leda nastalog u leto u odnosu na zimski, b) slojeva prašine nataloženih u letnjem periodu, c) koncentraciji nitratne kiseline merene preko električne provodnosti leda, d) hemijskom sastavu kontaminata u ledu, e) sezonskim varijacijama u relativnim količinama teškog vodonika (deuterijuma) i teškog kiseonika (kiseonik-18) u ledu. Odnos ovih izotopa je osetljiv na temperaturu u trenutku kada su u vidu snega pali iz oblaka. Količina teškog izotopa je manja tokom hladnijih zimskih meseci, a raste u proleće i leto kada je i temperatura viša. Na osnovu svega rečenog, pomoću ovih pet kriterijuma moguće je precizno razdvojiti slojeve leda nastale tokom godina, a potom ih prebrojati slično godovima. Različiti tipovi leda pobrojani su u Tabeli 3.

Ledena jezgra dobijaju se tako što se specijalnom opremom buše veoma duboke i uske rupe (slično postupku naftnih bušotina). Kako bušilica napreduje u dubinu, ona seče led u obliku dugačkog valjka (jezgro) koji sadrži netaknute slojeve leda iz daleke prošlosti. Ova jezgra se pažljivo izvlače na površinu gde se popisuju i potom u specijalnim rashladnim komorama odnose u laboratoriju na dalje ispitivanje. Veoma mnogo istraživačkog rada posvećeno je nekolicini ovakvih bušotina gde je izvađen led s dubine od skoro 3000 metara. Ponekad se na samo jednom ovakvom uzorku obavi po nekoliko stotina hiljada merenja i to samo jednom mernom tehnikom.

Vidljivi slojevi Led nastao u leto ima veće mehuriće vazduha i veće kristale Uočeno do starosti od 60,000 godina
Slojevi prašine u ledu Izmereno rasipanjem laserskih zraka. Većina prašine taloži se tokom proleća i leta Uočeno do starosti od 160,000 godina
Određivanje slojeva leda preko električne provodnosti Nitratna kiselina iz stratosfere taloži se tokom proleća i detektuje se promenom u električnoj provodnosti datog sloja leda. Uočeno kroz period od 60,000 godina
Određivanje slojeva leda preko prisustva hemijskih kontaminatora Čađ nastala šumskim požarima, hemijska jedinjanja u atmosferskoj prašini, povremeno vulkanski pepeo Uočeno kroz period od 2000 godina, mada su otkrivene i neke starije vulkanske erupcije
Određivanje slojeva leda preko prisustva teških izotopa vodonika i kiseonika Ovi izotopi ukazuju na sezonsku promenu temperature. Manje ih ima u zimskim nego prolećnim ili letnjim padavinama Godišnji slojevi uočeni za poslednjih 1100 godina, mada su trendovi ponašanja zabeleženi za mnogo duže periode

Tabela 3: Različite vrste slojeva leda u polarnim uzorcima.

Kontinuirani vremenski zapis baziran na jezgrima leda postoji za period unazad 160,000 godina. Pored toga što led “zapisuje” godišnje sezonske varijacije u svojim jezgrima, jasno su uočljivi i pojedinačni dramatični geološki događaji (kao što su snažne vulkanske erupcije) tako je moguća korelacija između različitih ledenih jezgara. Velike istorijske erupcije poput one vulkana Vezuva pre skoro 2000 godina, služe kao referentne tačke kojima se može proveriti tačnost zapisa u ledu do dubine od oko 500 metara. Kako se ide dublje led se nalazi pod većim pritiskom i kompaktniji je te je donekle otežano jasno uočavanje granice između pojedinih slojeva. Iz ovog razloga postoji izvesna nesigurnost u podatke dobijene preko ledenih jezgara za ranija vremenska razdoblja, generalno starija od 160,000 godina. S druge strane, greška u datiranju perioda kraćih od 40,000 godina procenjena je na najviše 2%. Greška merenja za periode od 60,000 je oko 10%, a raste do 20% za one duže od 110,000 godina (zasnovano) na direktnom brojanju slojeva leda (D. Meese et al. (1997) J. Geophys. Res. 102, 26,411). Nedavno su apsolutne starosti određene do perioda od 75,000 godina u prošlost na jednoj lokaciji što je urađeno pomoću kosmogenog radionuklida hlor-36 i berilijum-10; ovi podaci se podudaraju s metodom brojanja sezonskih slojeva. Treba primetiti da nigde u jezgrima leda nisu nađeni dokazi kako su polarni regioni ikada bili pokriveni velikom masom vode, što bi se očekivalo ukoliko se prihvati kao istinita priča o Potopu (G. Wagner et al. (2001) Earth Planet. Sci. Lett. 193, 515).

Varve. Još jedna metoda datiranja koja se zasniva na sezonskim varijacijama u slojevima sedimenata nataloženih pod vodom. Podvodni sedimenti u kojima se mogu uočiti sezonske varijacije u mineralnim ili naslagama organskog porekla, nazivaju se varve. Dva preduslova koja treba da se ispune da bi ova tehnika bila primenjiva jesu: a) sedimenti nataloženi u različitim godišnjim dobima moraju se međusobno razlikovati kako bi uzastopni slojevi dali uočljiv godišnji sled taloženja, i b) sastav dna jezera ne sme biti poremećen nakon što su se sedimenti nataložili. Ovi preduslovi se najčešće sreću kod malih, relativno dubokih jezera na umerenim i visokim geografskim širinama. Plića jezera obično prolaze kroz godišnji ciklus u kojem se toplija voda premešta ka dnu sa dolaskom zime, ali ona dublja imaju konstantan temperaturski profil po slojevima vode tokom cele godine. Ovo znači da su prilike u njima stabilnije što znači manje turbulencija i bolje uslove za formiranje varvi. Uzorci varvi mogu se dobiti bušenjem na sličan način kako se to radi sa jezgrima leda što je opisano ranije, a raspored varvi je do sada proučen u nekoliko stotina jezera širom sveta. Svaki godišnji sloj varvi sastoji se od: a) relativno grubog mineralnog taloga koji u jezero dospe s nabujalim potocima svakog proleća, b) organskog taloga nastalog od ostataka biljaka, algi i polena, c) finog mineralnog materijala nastalog od taloženja tokom leta i jeseni. Kako su ova jezera obično pokrivena ledom tokom zime u ovom periodu taloži se fini organski materijal što predstavlja krajnju sekvencu godišnjeg sloja varvi. Uhodane sekvence varvi uočene su unazad do perioda od 35,000 godina. Debljina sloja i vrste materijala nataloženog u njemu govore mnogo o klimatskim prilikama u vreme kada je sloj nastao. Na primer, polen zarobljen u takvom sedimentnom sloju ukazuje na vrste biljaka koje su rasle oko jezera u vreme taloženja.

Druge tehnike godišnjeg taloženja. Pored godova drveta, jezgara leda i varvi, postoje i druge tehnike zasnovane na godišnjem taloženju koje se koriste za određivanje starosti. Godišnje taloženje u pojedinim koralnim grebenima može se koristiti za određivanje starosti. Korali u opštem slučaju rastu brzinom od 1 cm godišnje i ovi slojevi se lako uočavaju. Kao što je već pomenuto u delu o metodama datiranja sa uranovim izotopima, slojevi korala iskorišćeni su za potvrdu tačnosti tehnike torijuma-230.

Termoluminisencija. Postoji način da se odredi starost minerala i grnčarije koji ne zavisi od radioaktivnih izotopa. Termoluminisencno datiranje ili kraće TL postupak oslanja se na činjenicu kako radioaktivni raspad uzrokuje da pojedini elektroni osnovnog materijala uzorka dobiju dodatnu energiju i završe na višim energetskim orbitama svoga atoma. Broj ovakvih elektrona raste kako materijal uzorka stari i kako proces prirodne radioaktivnosti napreduje. Ako se uzorak zagreje do određene temperature ovi elektroni se vraćaju na svoje originalne niže orbite emitujući pri tome veoma malu količinu svetlosti. Ako se zagrevanje obavi u specijalnoj peći opremljenoj veoma osetljivim detektorom svetlosti ova pojava se može zabeležiti (naziv postupka dolazi od reči termo što znači toplota i luminisencija što znači zračenje svetlosti). Može se napraviti veza između količine emitovane svetlosti i starosti uzorka. TL metoda se u opštem slučaju koristi za datiranje uzoraka starih manje od pola miliona godina. Srodne tehike uključuju optički stimulisanu luminisenciju (OSL) i infracrveno stimulisanu luminisenciju (IRSL). Ove tehnike su kalibrisane na uzorcima poznate starosti i uz pomoć rezulata dobijenih metodom ugljenik-14 i torijum-230. Iako preciznost ovih metoda u određivanju starosti nije tako velika kako kod drugih tehnika datiranja TL se najboljim pokazao u datiranju ostataka grnčarije i fine vulkanske prašine gde ostali postupci nisu uvek lako primenljivi.

Elektronska spin rezonanca (ESR). Poznata i pod nazivom elektronska paramagnetna rezonanaca, ESR metoda se takođe zasniva na promeni elektronske orbite uzrokovane radiokativnim raspadom tokom vremena. Za razliku od TL metode ESR se može koristiti za duže periode vremena čak do dva miliona godina i radi najbolje sa karbonatnim uzorcima poput koralnih grebena i pećinskih formacija. Intenzivno se koristi i za određivanje starosti zubne gleđi kod ljudskih i životinjskih ostataka.

Datiranje izlaganja kosmickim zracima. Ova tehnika zasniva se na merenju količine određenih izotopa nastalih kada kosmičko zračenje deluje na izloženu površinu stene. Budući da su meteori koji se kreću po svemiru konstantno izloženi dejstvu kosmičkog zračenja ovaj postupak se dugo koristio za određivanje ”vremena leta” meteora odnosno perioda između njihovog odvajanja od većeg nebeskog tela (npr. asteroida) do udara u Zemlju. Kosmičko zračenje proizvodi malu količinu u prirodi retkih izotopa kao što su neon-21 i helijum-3 koji se mogu meriti u laboratoriji. Uobičajeni period izlaganja dejstvu ovih zraka za meteore je oko 10 miliona godina, ali ovo može da naraste i do jedne milijarde godina za pojedine meteore sa visokim sadržajem gvožđa. U poslednjih 15 godina ovaj postupak se koristi i za datiranje stena na Zemlji. U ovom slučaju stvari su mnogo komplikovanije budući da Zemljino magnetno polje i atmosferski omotač apsorbuju najveći deo kosmičkog zračenja. Prilikom određivanja starosti uz pomoć ove metode mora se uzeti u obzir nadmorska visina stene koja se posmatra jer atmosferska zaštita od kosmičkog zračenja opada sa visinom, a mora se paziti i na geografski položaj jer se zaštita magnetnog polja menja od jednog do drugog Zemljinog pola. Uprkos svemu postupak zemaljskog izlaganja kosmičkim zracima se pokazao veoma korisnim u mnogim slučajevima.

Koliko su pouzdane postojece metode odredivanja starosti?

U ovom tekstu obrađeno je mnoštvo dokaza da je Zemlja nastala u veoma davnoj prošlosti. Podudarnost rezultata dobijenih različitim metodama datiranja, bilo radiometrijskim ili ne-radiometrijskim, i na stotinama hiljada uzoraka je veoma uverljiva. Ipak, pojedini ljudi se i dalje pitaju može li se verovati nečemu što se dešavalo u tako dalekoj prošlosti. Odgovor na ovo mogao bi se svesti na sledeće kontra-pitanje: Možemo li verovati bilo čemu iz prošlosti? Zašto verujete da je npr. Abraham Linkoln ikada postojao? Verovatno zato što bi bilo izuzetno teško izmisliti postojanje Abrahama Linkolna i što bi se u tom slučaju moralo falsifikovati na stotine fotografija, novinskih članaka i drugih predmeta kako bi uverili ljude u njegovo postojanje. Osim toga, zašto bi neko to radio? Situacija je veoma slična kod određivanja starosti stena jedino što ovde imamo zapis u tim stenama umesto istorijskih spisa koji govore o događajima iz poznate istorije. Razmislite o sledećem:

Poslednje tri tačke zaslužuju da se posebno istaknu. Pojedini hrišćani i zastupnici teze o mladoj Zemlji tvrde kako je moguće da se nešto menja sa vremenom tako da izgleda starije nego što stvarno jeste. U određivanju starosti nekom od radiometrijskih metoda postoje postoje samo dve promenljive na koje bi se mogao primeniti ovaj argument a to su period poluraspada i vreme. Za starost stene da izgleda veća nego što jeste bilo bi neophodno da se periodi poluraspada svih izotopa prisutnih u steni menjaju usklađeno jedan sa drugim. Ovakva promena dovela bi do promene samog protoka vremena (ne zaboravite da se naši časovnici danas usklađuju sa standardizovanim i ekstremno preciznim atomskim časovnicima!). I to se moralo dogoditi bez našeg znanja tokom poslednjih 100 godina što je već 5% perioda od Hrista na ovamo.

Osim toga naučnici već dugo koriste ”vremeplov” kako bi dokazali da su periodi poluraspada različitih radioaktivnih elemenata nepromenjeni tokom miliona godina. Ovaj vremeplov ne omogućava naučnicima da zaista odu u prošlost, ali se sa njim mogu posmatrati davni događaji koji su se odigrali daleko od nas. Ovaj vremeplov poznatiji je pod nazivom teleskop. Pošto je Univerzum tako ogroman svetlosti i slikama udaljenih događaja potrebno je dugo vremena kako bi stigli do nas. Teleskopi nam omogućavaju da posmatramo supernove (eksplodirane zvezde) na tako velikim udaljenostima da je svetlosti sa tih zvezda bilo potrebno nekoliko stotina hiljada ili miliona godina da stigne do Zemlje. Tako imamo situaciju da posmatramo događaje koji su se odigrali mnogo hiljada ili miliona godina ranije. I šta vidimo kada pogledamo u tu duboku prošlost? Veći deo svetlosti koju odašilje supernova pogonjen je novo-stvorenim roditeljskim radioaktivnim elementima. To znači da se radioaktivni raspad može posmatrati u zraku svetlosti supernove. Ovo omogućava da se zabeleže periodi poluraspada različitih elemenata tokom perioda od hiljada ili miliona godina. Svi nalazi dobijeni na ovaj način su potpuno saglasni sa periodima poluraspada utvrđenim na Zemlji. Ne ostaje drugo do da se zaključi kako su ovi periodi nepromenljivi bez obzira koliko daleko u prošlost gledali.

Neki pojedinci idu dalje i tvrde da se brzina same svetlosti promenila tokom istorije, da je morala biti znatno veća u prošlosti te da u stvari svetlosti nije trebalo toliko mnogo vremena da stigne do nas. Međutim, pomenuti astronomski dokazi takođe ukazuju na činjenicu da se ni brzina svetlosti nije promenila jer bismo u suprotnom uočili velike razlike između perioda poluraspada elemenata sa udaljenih zvezda i onih na Zemlji.

Sumnjičavci ne odustaju

Pojedini ljudi odbacuju rezulate geološkog datiranja odmahivanjem rukom tvrdeći da nijedna stena nije zatvoreni sistem (odnosno da nije potpuno izolovana od svoje okoline tako da niti izgubi niti primi spolja izotope korišćene za datiranje). Govoreći sa strogo tehničke tačke gledišta ovo bi moglo biti istina – u proseku možda jedan od hiljadu milijardi atoma datog izotopa iscuri iz stene, ali ova beznačajna promena ne čini nikakvu razliku u konačnom rezultatu. Pravo pitanje bi bilo ”da li je data stena dovoljno slična idealizovanom zatvorenom sistemu da bi se rezultati merenja mogli smatrati istim kao i za zatvoreni sistem”? Od ranih 60-tih mnoštvo knjiga i naučnih radova napisano je na ovu temu. U ovim napisima detaljno je objašnjeno koji minerali se uvek mogu datirati određenom metodom, koji mogu pod određenim uslovima, a koji će pak verovatno dati pogrešne rezultate. Razumevanje ovih uslova je deo geologije. Geolozi se trude da kad god je moguće koriste najpouzdaniju metodu za dati uzorak i da uporede rezultate nekoliko različitih metoda.

Postoje i pokušaji da se odbrani pozicija ”mlade Zemlje” tvrdnjama kako se periodi poluraspada mogu promeniti i da to može biti učinjeno uz pomoć malo poznatih atomskih čestica poput neutrina ili muona ili čak kosmičkih zraka. Ovo je, u najboljem slučaju, nategnut argument. Iako je tačno da pojedine čestice dovode do promena u nuklearnom jezgru ovo ne utiča na periode poluraspada. Nuklearne promene su jako dobro proučene i po pravilu su neznatne u stenama. U stvari, najznačajniji nuklearni proces u stenama je sam radioaktivni raspad o kome se ovde govori.

Postoje svega tri slučaja kada su primećene značajnije promene perioda poluraspada, svi su strogo tehničke prirode i nijedan ne utiče na metode određivanja starosti obrađene u ovom tekstu.

  1. Svega jedan od njih odigrava se pod uslovima kakvi vladaju na Zemlji, a i to je u slučaju izotopa koji se ne koristi za datiranje. Prema teoriji, zarobljavanje elektrona je tip radioaktivnog raspada u kome je najverovatnije da će doći do promene perioda poluraspada u uslovima visokog pritiska ili u prisustvu jake hemijske reakcije. Teorija takođe tvrdi da će ovo biti najizraženije kod veoma lakih elemeneta (onih sa malom atomskom masom). Veštački stvoren izotop, berilijum-7, je baš takav slučaj. Pokazano je da se njegov period poluraspada menja za oko 1.5% pod različitim hemijskim uticajima. U drugom slučaju period poluraspada ovog izotopa se promenio za mali deo procenta kada je primenjen ekstremno visoki pritisak od 270,000 atmosfera što je ekvivalentno dubinama od oko 700 km ispod površine Zemlje. Sve poznate stene, sa mogućim izuzetkom dijamanta, potiču sa znatno manjih dubina. U stvari, berilijum-7 se uopšte i ne koristi za određivanje starosti stena jer ima period poluraspada od svega 54 dana. Teži elementi su daleko manje skloni promenama perioda poluraspada pod ekstremnim uslovima. Greška merenja dobijena u slučaju da se ove promene uzmu u obzir bila bi najviše nekoliko stotih delova jednog procenta.
  2. 2. Fizički uslovi koji vladaju u jezgrima zvezda ili oni pod kojima nastaju kosmički zraci veoma su različiti od bilo čega što se sreće u stenama na Zemlji. I pored toga, samo-proklamovani ”eksperti” često mešaju ove dve stvari. Kosmički zraci su atomske čestice sa veoma, veoma visokom energijom koje lete kroz svemir. Radiokativni raspad zarobljavanjem elektrona, pomenut ranije, se ne može odigrati u kosmičkim zracima sve dok oni ne uspore. Ovo zbog toga što atomska jezgra koja se kreću tako velikim brzinama nemaju elektrone koji su pak neophodni da bi došlo do ovog tipa radioaktivnog raspada. Drugi slučaj predstavlja materijal u središtu zvezda koji se nalazi u stanju plazme gde elektroni takođe nisu vezani za svoja atomska jezgra. U uslovima ekstremno visokih temperatura kakve vladaju u zvezdanim jezgrima dolazi do sasvim drugačijeg tipa raspada. Beta-raspad vezanog stanja (Bound-state beta decay) je poseban tip radioaktivnog raspada u kome atomsko jezgro emituje elektron koji završava na nekoj od energetski-vezanih elektronskih orbita bliskih samom jezgru. Ova pojava zabeležena je kod izotopa poput disprozijum-163 i renijum-187 pod specijalnim uslovima nalik onim u jezgrima zvezda. Sva ”normalna” materija uključujući svu materiju koja se nalazi na Zemlji, Mesecu ili meteorima ima elektrone u normalnim pozicijama tako da ovi slučajevi nikada ne važe za obične stene ili bilo šta drugo čija je temperatura niža od nekoliko stotina hiljada stepeni.
    Kao primer nekorektne primene ovih principa na postupak određivanja starosti može se navesti tvrdnja jednog od zastupnika ideje mlade Zemlje da je Bog koristio plazmu prilikom stvaranja Zemlje pre nekoliko hiljada godina. Ovaj autor iznosi ideju da bi rapidni radioaktivni raspad renijuma pod ekstremnim uslovima vrele plazme mogao objasniti zašto stene pokazuju veliku umesto male starosti. Problem je što ideja zanemaruje nekoliko bitnih stvari kao npr. a) plazma ima uticaja na svega nekoliko metoda datiranja i, važnije, b) stene i vrela gasna plazma su dve potpuno nespojive forme materije. Materija bi prvo morala da se ohladi iz stanja plazme pre nego što bi mogla da formira stene. U takvom scenariju kako bi se stene hladile i očvršćavale njihovi radioaktivni ”časovnici” bi bili startovani od početka, a starost stena bi bila jednaka nuli. Da bi ova ideja držala vodu bilo bi neophodno da sve stene na svetu umesto što pokazuju veliku dugovečnost, imaju istu starost (oko 4000 godina). Očigledno je da ovo nema dodirnih tačaka sa stvarnošću.
  3. Poslednji slučaj uključuje materiju koja se kreće velikom brzinom. Dokazano je da atomski časovnici postavljeni na veoma brzim svemirskim brodovima usporavaju neznatno (oko 1 sekundu za godinu dana) kao što je i predviđeno Ajnštajnovom teorijom relativiteta. Nijedna stena u Sunčevom sistemu ne kreće se takvom brzinom da bi to značajnije uticalo na proces određivanja njene starosti.

Svi pobrojani slučajevi su usko specijalizovani i veoma dobro proučeni. Ni jedan od njih ne može da promeni starost stena na Zemlji ili bilo gde drugde u Sunčevom sistemu. Zaključak je još jednom da su izmereni periodi poluraspada apsolutno pouzdani u bilo kom kontekstu određivanja starosti stena na Zemlji ili čak na drugim planetama. Zemlja i nebeska tela koja vidimo oko nas su, kako izgleda, veoma stari.

Prividna starost?

Ne bi bilo u suprotnosti sa naučnim dokazima tvrditi kako je sve oko nas Bog načinio relativno nedavno, ali tako da izgleda kao da je veoma staro baš kako je opisano u Knjizi Postanja 1 i 2 gde Bog stvara Adama kao potpuno odraslog čoveka (što ukazuje da je i u trenutku nastanka bio relativno star). Ova ideja detaljnije je razrađena od strane Filipa Henrija Gosea (Phillip Henry Gosse) u njegovoj knjizi ”Omfalos: Pokušaj da se razveže geološki čvor”. Ova knjiga napisana je svega dve godine pre Darvinove ”Poreklo vrsta”. Ideja o lažnom prividu velike starosti više pripada filozofiji i teologiji no nauci tako da je nećemo detaljnije razrađivati. Nedostatak ove zamisli – a taj je i najozbiljniji – predstavlja činjenica da bi Bog u tom slučaju izgledao kao obmanjivač. Ipak, neki ljudi nemaju problem sa tim. Bez sumnje bilo je celih civilizacija koje su imale pogrešna shvatanja (ili su bile obmanute?) u svojim naučnim ili teološkim idejema u prošlosti. Bez obzira na filozofske zaključke važno je uočiti da je prividno stara Zemlja ne kosi sa velikom količinom naučnih dokaza.

Pravilno tumačenje Istine

Za nas hrišćane veoma je važno da pravilno razumemo Reč Božju. Uprkos tome u periodu od srednjeg pa sve do 18. veka mnogi su insistirali kako Biblija tvrdi da je Zemlja, a ne Sunce, centar našeg planetarnog sistema. Nije to bio slučaj da su ljudi naprosto tako mislili, već su potvrdu zaista i nalazili u Svetom Pismu: ”Utvrdio si zemlju na temeljima njenim, da se ne pomesti na vek veka.” (Psalm 104:5), ili ”I stade Sunce i ustavi se Mesec, dokle se ne osveti narod neprijateljima svojim. Ne piše li to u knjizi Istinitog? I stade Sunce nasred neba i ne naže k zapadu skoro za ceo dan” (Isus Navin 10:13), kao i mnoštvo drugih primera. Bojazan je da rasprava o starosti Zemlje ima mnogo sličnosti. Ali, treba biti optimista. Danas ima mnogo hrišćana koji prihvataju pouzdanost geološkog datiranja i smatraju da to ne narušava duhovnu ili istorijsku nepogrešivost Božje Reči. Naučnici se svakodnevno bave onim što je Bog otkrio o Sebi preko onoga što je stvorio.

Kao naučnici mi se svakodnevno bavimo upravo onim što je Bog otkrio o sebi preko Univerzuma koji je Njegova kreacija. Starozavetni pisci divili su se načinu na koji je Bog, Stvoritelj Univerzuma, brinuo o ljudima: ”Kad pogledam nebesa Tvoja, delo prsta Tvojih, Mesec i zvezde, koje si Ti postavio. Šta je čovek, te ga se opominješ, ili sin čovečji, te ga polaziš? (Psalm 83-4). Na početku 21. veka imamo još više razloga za divljenje, znajući kako je ogroman Univerzum u kome živimo, kako su stare stene i planine i sa kakvom je posvećenošću načinjeno sve oko nas. Uistinu, Bog je veći nego što možemo i da zamislimo.

DODATAK: Najčešće zablude u vezi sa radiometrijskim metodama datiranja

Postoje brojne zablude za koje se čini da su najprisutnije među ljudima koji sebe smatraju istinskim hrišćanima. Mnoge od njih su već objašnjene ranije u tekstu, a ovde je dat kraći pregled.

  1. Radiometrijsko datiranje bazira se na navodnoj starosti fosila koja je utvrđena davno pre pronalaska ovih metoda.
    Ovo je potpuno netačno iako se često navodi kao “argument” od strane pobornika teorije mlade Zemlje. Radiometrijsko datiranje zasniva se na periodima poluraspada radioaktivnih izotopa. Ovi periodi izmereni su mnogo puta tokom poslednjih 40-100 godina. Oni nisu kalibrisani preko fosila.
  2. Niko još nije izmerio periode poluraspada, oni su poznati jedino preko indirektnog zaključivanja.
    Periodi poluraspada mere se direktno tokom poslednjih 40-100 godina. U pojedinim slučajevima uzorak radioaktivnog materijala je izvagan a potom ostavljen da miruje dugo vremena. Količina izotopa-ćerke bi zatim bila izvagana. U mnogim slučajevima lakše je meriti periode poluraspada preko oslobođene enrgije koju svaki raspadajući atom emituje. U tom cilju se uzorak čistog roditeljskog elementa pažljivo važe, a zatim postavlja ispred Gajgerovog brojača gama zraka. Ovi instrumenti beleže broj raspadajućih čestica tokom dugih perioda vremena.
  3. Ako su periodi poluraspada dugi milijardama godina nemoguće je izmeriti ih tokom svega nekoliko godina ili decenija
    Primer dat u odeljku pod naslovom “radiometrijski časovnik” pokazuje kako se ostvaruje precizno određivanje perioda poluraspada direktnim brojanjem raspadajućih čestica tokom jedne decenije ili kraćeg vremena. Ovo je moguće zbog zbog toga što a) sve krive radioaktivnog raspada imaju identičan oblik (Slika 1), a jedina razlika je sam period poluraspada i b) bilioni raspadajućih čestica mogu biti prebrojani tokom jedne godine koristeći samo delić grama roditeljskog elementa sa periodom poluraspada od milijarde godina. Osim toga, vulkanska lava nastala u istorijski poznatim erupcijama precizno je datirana čak koristeći i metode sa dugim periodima poluraspada.
  4. Stope radioaktivnog raspada su slabo proučene tako da su starosti određene na osnovu njih netačne
    Većina stopa raspada poznata je do unutar greške od 2%. Greška je tek nešto veća za renijum (5%), lutecijum (3%) i berilijum (3%) koji su opisani u vezi sa Tabelom 1. Takve male neodređenosti su nedovoljan razlog da bi se odbacilo radiometrijsko datiranje. Da li je stena stara 100 ili 102 miliona godina ne predstavlja veliku razliku.
  5. Mala greška prilikom određivanja perioda poluraspada dovodi do velike greške kod određivanja starosti
    Pošto se za određivanje starosti koriste eksponencijalne jednačine moguće je da neki ljudi misle kako bi ovaj argument mogao biti tačan, ali on to ustvari nije. Period poluraspada u tim jednačinama ne pojavljuje se u samom eksponentu (što se može i videti u odeljku o metodi kalijum-argon) tako da će greška od 2% u periodu poluraspada voditi do greške od 2% u sračunatoj starosti.
  6. Periodi poluraspada mogu biti promenjene pod uticajima okoline
    Ovo nije tačno, barem u kontekstu određivanja starosti stena. Atomi radioaktivnih elemenata korišćenih u tehnikama datiranja podvrgnuti su ekstremnim temperaturama, pritiscima, vakumu, ubrzanjima kao i snažnim hemijskim reakcijama. Ovi uslovi su daleko oštriji od bilo čega što jedna stena u Zemljinoj kori može da iskusi pa ipak nisu primećene pomena vredne promene u periodima poluraspada. Jedini izuzeci (koji pak nemaju nikakvu ulogu u datiranju) pomenuti su u odeljku “Sumnjičavci ne odustaju” nešto ranije.
  7. Mala promena u intenzitetu nuklearnih sila verovatno je ubrzala atomske časovnike tokom prvog dana Stvaranja Zemlje pre nekoliko hiljada godina dajući privid veoma starih stena koje vidimo danas.
    Starost stena meri se od trenutka njihovog nastanka. Da bi ovakva promena u nuklearnim silama unutar jezgra atoma imala bilo kakav uticaj na metode datiranja ona se morala odigrati nakon što su Zemlja i stene na njoj formirane. Da bi se zatim napravila razlika kakvu zastupaju pobornici mlade Zemlje bilo bi neophodno da su se periodi poluraspada skratili sa nekoliko milijardi na svega nekoliko hiljada godina što predstavlja odnos od najmanje milion puta. Ali ako se uzme da su periodi poluraspada zaista prošli kroz ovakvu transformaciju to bi dovelo do velikih fizičkih promena na Zemlji. Za primer uzmimo poznatu činjenicu da se Zemlja zagreva radioaktivnim procesima unutar svog jezgra. Ako bi ovaj proces bio ubrzan (skraćivanjem perioda poluraspada) milion ili više puta ogroman toplotni puls bi naprosto istopio celu Zemlju uključujući i sve stene o kojima govorimo. Nijedna starost stena tada ne bi izgledala velika.
  8. Stope raspada su mogle da usporavaju tokom vremena dovodeći do pogrešnih rezulata određivanja starosti
    Postoje dva načina preko kojih doznajemo da se ovo nije dogodilo: a) stope raspada potvrđene su uz pomoć “vremenske mašine“ odnosno teleskopa i b) nema smisla sa matematičke tačke gledišta. Obe ove tvrdnje objašnjene su odeljku pod naslovom “Može li se zaista verovati metodama za određivanje starosti”.
  9. Umesto perioda poluraspada (kada je polovina originalnog elementa nestala) trebao bi se koristiti period punog raspada (kada je ceo element nestao)
    Za razliku od peska u peščaniku koji curi konstantnom brzinom bez obzira na preostalu količinu u gornjem delu uređaja broj radioaktivnih atoma koji se raspadaju proporcionalan je broju koji se još nije raspao. Slika 1 pokazuje kako je nakon dva perioda poluraspada preostala svega 1/2 x 1/2 = 1/4 originalnog elementa. Nakon 10 ovih perioda ostaje svega 2-10 = 0.098%. Period poluraspada je naprosto lakši za definisanje i rad nego onaj period kada je sav element nestao. Naučnici ponekad koriste izraz “prosečni period raspada” što znači prosečan životni vek roditeljskog atoma. Ovo uvek iznosi 1/ln(2) = 1.44 ´ period poluraspada. Većini ljudi je period poluraspada jednostavno lakši za razumevanje.
  10. Da bi se odredila starost stene mora se poznavati početna količina roditeljskog elementa, a nema načina da se izmeri koliko je roditeljskog elementa bilo prilikom nastanka stene.
    Veoma je lako sračunati početni sadržaj roditeljskog elementa, ali ova informacija i nije potrebna da bi se odredila starost stene. Sve metode datiranja rade poznavajući sadašnji sadržaj roditeljskog i elementa-ćerke. Originalni sadržaj N0 roditeljskog elementa je jednostavno N0 = Nekt gde je N sadašnji sadržaj, t vreme, a k konstanta zavisna od perioda poluraspada.
  11. 11. Ne postoji način da se odredi koliko je novonastalog elementa, odnosno izotopa-ćerke bilo u steni u početnom trenutku što dovodi do pogrešnih rezultata.
    Dobar deo ovog teksta posvećen je upravo tehnikama i metodama kojima se utvrđuje početni sadržaj izotopa-ćerke. Ovo obično znači korišćenje više od jednog uzorka date stene i izvodi se se upoređivanjem odnosa sadržaja roditeljskog i izotopa-ćerke u odnosu na sadržaj stabilnog izotopa iz uzoraka sa različitim relativnim sadržajem roditeljskog elementa. Na primer, u metodi rubidijum-stroncijum poredi se odnos rubidijum-87/stroncijum-86 sa odnosom stroncijum-87/stroncijum-86 za različite minerale. Iz ovoga se može utvrditi koliko bi izotopa ćerke bilo prisutno kada ne bi postojao roditeljski izotop što je zapravo jednako početnoj količini izotopa-ćerke. Slike 4 i 5, kao i objašnjenje dato uz njih govore kako se ovaj postupak najčešće izvodi. Iako metod nije 100% imun na greške ostaje mogućnost upoređivanja nalaza nekoliko različitih postupaka datiranja što će potvrditi (ili odbaciti) pouzdanost utvrđene starosti.
  12. Postoji svega nekoliko različitih metoda datiranja
    U ovom članku pobrojano je mnoštvo različitih metoda radiometrijskog datiranja a ukratko su diskutovane i neke ne-radiometrijske metode U stvari, broj postojećih metoda iz obe grupe je daleko veći. Više od 40 različitih radiometrijskih metoda je danas u upotrebi, kao i brojne ne-radiometrijske koje ovde nisu pomenute.
  13. “Radijacijski oreoli” u stenama dokazuju da je Zemlja zapravo mlada
    Ovaj pojam (radiation halos) odnosi se na male oreole (svetle krugove) na mestima gde su u stenama koncentrisani radioaktivni elementi. Smatra se da oreoli potiču od polonijuma koji je jedan od produkata raspadanja urana sa vrlo kratkim periodom poluraspada. Verodostojno objašnjenje nastanka ovog fenomena iz tako kratko-živućeg elementa bilo bi da oreoli i nisu nastali od početne koncentracije radioaktivnog materijala, već pre da je voda koja curi kroz pukotine u mineralu dovela do hemijske rekacije i uzrokovala da novo-stvoreni polonijum ispadne iz rastvora na određenom mestu i tu se gotovo trenutno radioaktivno raspadne. Oreol bi tako nastajao tokom dugog perioda vremena iako njegov centar ni u jednom trenutku ne bi sadržavao više od nekoliko polonijumovih atoma. “Hidrotermalni” efekti se ponekad odigravaju na načine koji mogu izgledati čudni kao što je dobro poznata činjenica da se zlato, hemijski potpuno inertan metal sa veoma malom rastvorljivošću, koncentriše u vidu žila duž žila kvarca akcijom vode tokom dugih perioda vremena. Neki istraživači otkrili su oreole nastale indirektnim radioaktivnim raspadom zvanim “difuzija rupe” što je zapravo električni efekat u kristalu. Ovo bi moglo da znači kako oreoli uopšte i ne dolaze od kratko-živućih izotopa.
    U svakom slučaju oreoli od nakupina urana su daleko češći u stenama. Pošto uran ima jako dug period poluraspada ovim oreolima treba barem nekoliko stotina miliona godina da se formiraju. Upravo zbog ovog većina ljudi i smatra kako oreoli upravo predstavljaju dokaz za vrlo staru Zemlju.
  14. Istraživačka grupa sastavljena od zastupnika teorije “mlade Zemlje” objavile je rezulate istraživanja gde je poslala nekoliko stena nastalih u erupciji vulkana Sveta Jelena 1980. godine u laboratoriju za određivanje starosti. Starost određena metodom kalijum-argon iznosila je nekoliko miliona godina. Ovo dokazuje da se radiometrijskim metodama datiranja ne treba verovati.
    Istina je da postoje ”trikovi” kojima se može “prevariti” radiometrijsko datiranje ako se koristi na neodgovarajući način. Svako može pomeriti kazaljke na satu i potom očitati pogrešno vreme. Na isti način ljudi koji svesno žele da pokažu kako radiometrijske metode daju pogrešne rezultate mogu zaista i da ih dobiju. Geolozima je već više od 40 godina poznato da se metoda kalijum-argon ne može koristiti za stene stare svega 20 ili 30 godina. Objavljivanje ovog nalaza kao potpuno novog otkrića je jednostavno neodgovarajuće. Razlozi za ovaj pogrešan rezulat diskutovani su u odeljku o kalijum-argon metodi ranije. Možete biti sigurni da je starost određena pomoću nekoliko različitih metoda gotovo uvek tačna izuzev u slučajevima kada je uzorak previše težak za testiranje usled preteranih metamorfoza ili velikog sadržaja ksenolita.
  15. Nizak sadržaj helijuma u zrnima cirkona dokazuje da su ovi minerali znatno manje starosti no što govore radiometrijske metode
    Zrna cirkona su važna u uran-torijum-olovo metodama datiranja jer imaju visok sadržaj uranovih i torijumovih izotopa. Helijum takođe nastaje kao posledica raspada urana i torijuma, ali pošto se radi o gasu sa veoma malim atomima helijum lako “pobegne” iz stene. Istraživači su proučavali stope difuzije helijuma iz cirkona pod pretpostavkom da bi brzina stvaranja i brzina ”nestajanja” trebale biti približno jednake. Međutim, pretpostavke o temperaturnim uslovima u steni tokom vremena su najverovatnije neosnovane u ovom slučaju.
  16. Činjenica da se helijum i argon, nastali radioaktivnim raspadom u unutrašnjosti Zemlje, još uvek ispuštaju dokazuje kako je Zemlja mlada.
    Radioaktivni roditeljski izotopi uran i kalijum imaju veoma duge periode poluraspada kao što je pokazano u Tabeli 1. Unutrašnjost Zemlje još uvek sadrži velike količine ovih elemenata od kojih kojih nastaju argon i helijum. Postoji takođe i vremenska zadrška između njihovog nastanka i ispuštanja u atmosferu. Ako se uzme da je Zemlja geološki mlada, do sada bi nastalo veoma malo argona i helijuma. Ako se uporedi vreme potrebno da se u atmosferi nađe sadašnja količina argona sa starošću Zemlje od 4,6 milijardi godina vidi se veoma velik stepen podudarnosti.
  17. Voda iz Nojevog Potopa mogla je da ispere radioaktivne izotope iz stena te tako poremeti ispravno pokazivanje starosti
    Ovo se ustvari našlo na jednoj od kreacionističkih Web strana! Tačno je da voda može da utiče na određivanje starosti površine stena ili drugih delova koji su bili u kontaktu sa vodom, ali u opštem slučaju nema nikakvih problema prilikom datiranja stena sa dna jezera, reka ili okeana. Osim toga, ako je ispiranje uticalo na stene ono bi uticalo na različite izotope na potpuno različite načine. Starosti određene različitim metodama bile bi u potpunom nesaglasju. Ako se desila poplava globalnih razmera, zašto onda postoji bilo koja stena oko čije starosti se različite metode slažu? U stvari, skoro identični rezultati, dobijeni različitim metodama, zaštitini su znak radiometrijskog datiranja.
  18. Znamo da je Zemlja veoma mlada zbog ne-radimetrijskih indikatora kao što je stopa taloženja u okeanima
    Postoje brojni parametri koji, ako se ekstrapoliraju iz sadašnjeg stanja bez uzimanja u obzir promena na Zemlji tokom vremena, izgleda da ukazuju na unekoliko mlađu Zemlju. Ovi argumenti ponekad izgledaju dobro na veoma jednostavnom nivou ali ne drže vodu ako se u obzir uzme cela slika. U ovu kategoriju bi spadalo slabljenje Zemljinog magnetnog polja (bez osvrtanja na čvrste dokaze o čestim obrtanjima magnetnog polja), sadržaju soli u okeanima (bez uzimanja u obzir taloženja na dnu), stopu taloženja na okeanskom dnu (ne razmatrajući zemljotrese i pomeranje Zemljine kore, odnosno tektonskih ploča), razmerno malo meteorskih udara u Zemlju (zaboravljajući uticaj erozije ili tektonskih pomeranja), debljinu sloja prašine na Mesecu (izostavljajući kompresiju i otvrdnjavanje tokom vremena), stopu udaljavanja Zemlje i Meseca (ne računajući promene u režimu plime i oseke ili unutrašnjih sila) itd. Iako ovi argumenti padaju čim se pogleda cela slika, dokazi koji podržavaju veliku starost Zemlje dobro se uklapaju u svaku od pobrojanih oblasti.
  19. Samo su ateisti i liberali ukljuceni u radiometrijsko datiranje
    činjenica je da postoji veliki broj verujućih hrišćana koji se aktivno bave radiometrijskim datiranjem i koji mogu iz prve ruke da posvedoče o njegovoj validnosti. Veliki broj ostalih hrišćana čvrsto veruje kako radiometrijsko datiranje pokazuje da je Bog stvorio Zemlju pre nekoliko milijardi, a ne hiljada godina.
  20. Različite metode datiranja obično daju nesaglasne rezultate
    Ovo uopšte nije tačno. Upravo činjenica da različite metode daju podudarne rezultate i navodi naučnike da imaju toliko poverenja u njih. Skoro svaki univerzitet ili biblioteka u SAD imaju naučnu literaturu poput časopisa Science, Nature itd. kao i specijalizovane geološke žurnale u kojima se obrađuju rezultati ispitivanja starosti stena. Svako je dobrodošao (od javnosti se to i očekuje!) da sam pročita šta u njima piše. Rezultati su javni, nisu sakriveni, i ljudi ih mogu sami videti kad god požele. Više od hiljadu naučnih radova objavljuje se na ovu temu svake godine i praktično su svi u potpunom saglasju. Osim ove naučne periodike koja donosi informacije o najnovijim istraživanjima, na kraju teksta dat je poduži spisak dopunske literature.

Napomena Čitaocu

Tekst koji je pred vama preveden je sa engleskog jezika uz prethodu saglasnost autora, Dr Vinsa. Originalni dokument možete videti na internet adresi: http://www.asa3.org/ASA/resources/Wiens.html. U njemu se nalazi detaljan spisak korišćene literature kao i lista internet-sajtova koje Dr Vins preporučuje čitaocima zainteresovanim za detaljnije informacije o metodama radiometrijskog datiranja.

Beleška o Autoru

Dr Vins je diplomirao na odseku za fiziku univerziteta Viton (Wheaton College), a doktorirao na Univerzitetu Minesota (University of Minnesota) radeći istraživanja na uzorcima meteora i stena donetih sa Meseca. Dve godine je proveo na Okenografskom institutu Skrips u Kaliforniji gde je proučavao izotope helijuma, argona, neona i azota u zemaljskim stenama. Sedam godina radio je u Institutu Kaltek (Caltech) na odseku za geološka i planetarna istraživanja gde je nastavio rad na meteorskim uzorcima, a sarađivao je i sa NASA-om na ispitavanju mogućnosti donošenja uzoraka solarnih vetrova na Zemlju u cilju proučavanja. Dr Vins je napisao prvu verziju ovog teksta u Pasadeni. Godine 1997. počeo je da radi u Nacionalnoj laboratoriji u Los Alamosu u grupi za kosmička i atmosferska istraživanja. Ovde se bavio praktičnim pitanjima vezanim za eventualnu misiju prikupljanja uzoraka solarnih vetrova kao i razvojem novih instrumenata namenjenih različitim kosmičkim projektima. Objavio je preko dvadeset naučnoistraživačkih radova, a njegovi članci pojavljivali su se i u literaturi namenjenoj hrišćanskim vernicima. Dr Vins je postao verujući hrišćanin u ranoj mladosti i član je nekoliko hrišćanskih denominacija. Lično ne vidi konflikt između nauke u njenoj idealnoj formi (proučavanje dela Božjih ruku) i Biblije na jednoj te čuda i koncepta stare Zemlje na drugoj strani.

Rečnik pojmova

Alfa raspad. Radioaktivni raspad pri kojem atomsko jezgro emituje alfa česticu. Alfa čestica se sastoji od dva neutrona i dva protona, što je isti broj kao i u jezgru atoma helijuma. U ovom tipu raspada izotop-ćerka je za četiri atomske jedinice mase lakši od roditeljskog izotopa. Alfa raspad se najčešće sreće kod teških elemenata.

Atom. Najmanja poznata jedinica materije koja se ne može dalje deliti. Prosečan atom ima prečnik od jednog desetomilijarditog dela centimetra i sastoji se jezgra (sastavljenog od protona i neutrona) koje je okruženo elektronima.

Beta raspad. Radioaktivni raspad u kojem jezgro atoma emituje ili apsorbuje elektron ili pozitron. Izotop-ćerka ima istu atomsku masu kao i roditelj, ali ima jedan neutron više i jedan proton manje, ili obrnuto. Pošto je broj protona različiti izotop-ćerka je različit element sa različitim hemijskim osobinama od roditelja.

Beta-raspad vezanog stanja (bound-state beta decay). Poseban slučaj beta raspada gde elektron izbačen iz jezgra završava na nekoj od nižih orbita elektronske ljuske. Ovo se dešava isključivo kod onih atoma koji su lišeni elektrona i koji bi se u normalnim uslovima nalazili na nižim elektronskim orbitama. Zbog toga se ovakav vid raspada dešava samo u jezgrima zvezda i prvi put je ustanovljen devedesetih godina XX veka.

Ćerka. Element ili izotop nastao kao rezultat radioaktivnog raspada roditeljskog elementa ili izotopa.

Datiranje. Proces određivanja starosti objekta. Izraz je nastao od engleske reči ”dating”.

Dendrohronologija. Određivanje godišnjeg rasta godova drveta. Kontinuirani zapis rasta godova drveta korišćen je za kalibraciju metode ugljenik-14 do 10,000 godina u prošlost. ”Plutajući” (ne-kontinuirani) dendrohronološki zapis postoji za još dalje periode prošlosti.

Datiranje izlaganja kosmickim zracima. Određivanje starosti površine stena izloženih dejstvu kosmičkih zraka. Meri se sadržaj neona-21, helijuma-3 i drugih kosmogenih izotopa koji nastaju u stenama na koje padaju kosmički zraci.

Deuterijum (teški vodonik). ). Teški izotop vodonika čije jezgro ima jedan proton i jedan neutron, za razliku od običnog vodonika koji u jezgru ima samo jedan proton. Vodonik u molekulima vode je uglavnom obični, ali postoji i mali sadržaj deuterijuma.

Element. Materija čiji atomi imaju određeni broj protona i neutrona. Svaki element ima jedinstvene (unikatne) osobine. Elementi se mogu dalje razvrstati u izotope sa skoro istim fizičkim osobinama izuzev njihove atomske mase ili karakteristika vezanih za radioaktivni raspad.

Izotop. Atomi određenog elementa koji imaju istu atomsku masu. Većina elemenata ima više od jednog izotopa. Većina elemenata korišćenih za radiometrijsko datiranje imaju jedan radioaktivni i najmanje jedan stabilni izotop. Na primer ugljenik-14 (sa atomskom masom jednakom 14) je radioaktivan, dok neki obični izotopi poput ugljenika-12 i ugljenika-13 nisu.

Jezgro. Centar atoma koji se satoji od protona i neutrona. Atom se sastoji od jezgra i elektrona koji kruže oko njega.

Kalibracija. Proveravanje rezultata merenja rezultatima neke druge metode za koje se obično smatra da su pouzdaniji. U osnovi, svaka merna metoda, bio to termometar, obični lenjir ili komplikovaniji merni uređaj zahteva kalibraciju kako bi davao tačan rezultat.

Karbonat. Pojam koji je ovde korišćen u širem značenju. Opisuje naslage koje sadrže karbonatne anione. Karbonati igraju važnu ulogu u mnogim pećinama gde pećinske formacije nastaju kao rezultat rastvaranja i ponovnog nakapavanja materijala koji reaguju sa ugljenom (karbonatnom) kiselinom. Karbonati u novijim pećinskim naslagama korisni su zato što imaju visok ugljenični sadržaj koji se koristi za kalibraciju radioaktivnog ugljenika rezultatima metoda na bazi uranovih izotopa.

Kosmički zraci. Visoko-energetska čestica koja leti kroz svemir. Zemljina atmosfera zaustavlja kosmičke zrake, ali u tom procesu oni neprestano proizvode ugljenik-14, berilijum-10, hlor-36 kao i neke druge radioaktivne izotope u malim količinama.

Kosmogeni. Nastao dejstvom kosmičkih zraka. Ugljenik-14 se naziva kosmogenim jer nastaje kada kosmički zraci pogode čestice Zemljine atmosfere.

Ksenolit. U doslovnom značenju: ”strano parče stene unutar druge stene”. Neke stene sadrže u sebi komade drugih, obično starijih, stena. Ovi komadi otpali su sa zidova kanala kojima je tekla vulkanska lava te su se pomešali sa lavom i na kraju očvrsnuli ali bez da su i sami prošli kroz proces topljenja. Ksenoliti se ne pojavljuju u većini stena, a ako ih ima obično se mogu uočiti i golim okom. Ukoliko ostanu neprimećeni može doći do pogrešnog datiranja stene (može se desiti da se odredi starost starijeg komada ksenolita).

Ledena jezgra. Dugački komadi leda izvađeni specijalnim bušilicama iz ledenih naslaga na Grenlandu ili Anktartiku.

Logaritam. Funkcija inverzna eksponencijalnoj. Obično se zapisuje skraćenicom ”ln”. Logaritam veličine u eksponentu je sama ta veličina. Matematički to se zapisuje ovako: ln (ex) = x. Savremeni kalkulatori obično imaju taster (ln) čijim pritiskom se može izračunati logaritam datog broja.

Magma. Užareni materijal od koga nastaju stene. Magma koja izbije na površinu Zemlje naziva se lava.

Metamorfoza. Dugotrajan proces zagrevanja stena do temperatura koje su dovoljno visoke da dovedu do promene kristalne strukture, ali nedovoljne da potpuno istope stenu. Metamorfoza obično dovodi do promene ili čak ponovnog startovanja radiometrijskih časovnika, iako su pojedine radiometrijske metode otpornije na ovu pojavu od drugih.

Molekul. Grupa atoma koje na okupu drže hemijske sile.

Nuklidi. Protoni i neutroni koji sačinjavaju atomsko jezgro (nukleus)

Olovo–olovo metoda datiranja. Varijanta metode uran-olovo u kojoj se mere samo izotopi olova.

Period poluraspada. Vreme potrebno za radioaktivni raspad polovine početnog broja atoma.

Plazma. Gasovito stanje materije u kome su atomi pretvoreni u jone, odnosno nemaju isti broj protona i elektrona.

Radioaktivan. Element koji teži da se promeni u neki drugi element. Tokom promene, ili raspada, oslobađa se energija bilo kao svetlosti ili u formi visoko-energetskih čestica.

Radiometrijsko datiranje. Određivanje vremenskog intervala (npr. vremena proteklog od formiranja stene) preko procesa radioaktivnog raspada materijala. Radiometrijsko datiranje je samo jedna od nekoliko grupa metoda korišćenih za određivanje starosti stena.

Raspad. Transformacija jednog radioaktivnog elementa ili izotopa u drugi. Samo određeni izotopi su nestabilni te stoga podložni procesu raspada, dok se ostali smatraju stabilnim.

Raspad zarobljavanjem eletrona. Jedini tip radioaktivnog raspada koji pretpostavlja prisustvo čestice – elektrona – izvan jezgra atoma. Stopa raspada zarobljavanjem elektrona koji se dešava u lakim elementima odnosno onim koji imaju manji broj elektrona u ljusci može se neznatno promeniti dejstvom visokog pritiska ili jakih hemijskih reakcija. Ovo znači malu (delić procenta) promenu u periodima poluraspada. Promena u periodima poluraspada nije primećena kod izotopa korišćenih u metodama datiranja.

Roditelj. Element ili izotop koji se radioaktivno raspada. Element ili izotop koji nastaje raspadom naziva se ćerka.

Stalaktit. Cilindrična ili konusna naslaga materijala, u opštem slučaju karbonatna ili argonitna (forma kalcijum-karbonata) koja visi sa pećinske tavanice i obično se formira kristalizacijom karbonata iz vode koja kaplje.

Stalagmit. Karbonatni stub ili uzvišenje koje se izdiže iz krečnjaka sa pećinskog poda. Nastaju od karbonata rastvorenih u vodi koja kaplje iz stalktita iznad njih.

Svetlosna godina. Jedinica za merenje udaljenosti (a ne vremena!). Svetlosna godina je rastojanje koje pređe zrak svetlosti tokom jedne godine i iznosi oko 9,6 biliona (hiljada milijardi) kilometara. Zvezde na drugom kraju naše galaksije udaljene su oko 70,000 svetlosnih godina što znači da mi sada gledamo svetlost (koja uključuje i informacije o periodima poluraspada osnovnih elemenata) koja je odatle krenula pre 70,000 godina. Druge galaksije se nalaze na daleko većem rastojanju i ono što vidimo kada ih posmatramo dogodilo se znatno ranije u prošlosti.

Talog (taloženje, polaganje, depozit). Mineral ili peskoviti materijal prikupljen na jednom mestu dejstvom vode ili akumuliran u vidu žile.

Termoluminiscencija (TL). Metoda za određivanje starosti koja se koristi na mineralima ili ostacima grnčarije. Umesto da se zasniva na periodima poluraspada ovaj postupak meri ukupnu radijaciju oslobođenu u mineralu od trenutka kada je nastao. Radijacija izaziva promene u kristalnoj strukturi čineći da se elektroni nalaze na višim orbitama nego što je uobičajeno. Kada se uzorak ovakvog materijala zagreje do određene temperature ovi elektroni se vraćaju na niže orbite oslobađajući pri tome malu količinu svetlosti koja se može registrovati uz pomoć osetljivog detektora svetlosti. Ukupna količina oslobođene svetlosti govori o starosti uzorka jer je povezana sa ukupnom radijacijom u uzorku. Varijante ove metode su optički-stimulisana-luminiscencija (OSL) i infracrveno- stimulisana-luminiscencija (IRSL).

Tri-izotopni dijagram. U postupcima određivanja starosti ovo je dijagram koji na jednoj osi pokazuje roditeljski izotop, a na drugoj izotop-ćerku. I roditelj i izotop-ćerka dati su u vidu odnosa sa nekim drugim izotopom-ćerkom koji nije nastao radioaktivnim raspadom. Tako vertikalna osa daje odnos ćerka-izotop /stabilni izotop, a horizontalna roditelj/stabilni izotop. Ovaj tip dijagrama daje starost stene nezavisno od originalne količine izotopa.

Uranova serija izotopa. Raspad dugo-živećih (sa dugim periodom poluraspada) urana-238, urana-235 i thorijuma-232 koji daju kratko-živeće izotope koji se potom raspadaju u lakše radioaktivne elemente sve dok se proces ne okonča nastankom nekog od stabilnih izotopa olova.

Varva. Sedimentni (nataloženi) sloj u kome se uočavaju sezonske karakteristike tokom jedne godine. Ovi slojevi mogu biti korišćeni za određivanje starosti na način sličan godovima drveta.

Vulkanska stena. Stena nastala od istopljene vulkanske lave. Druga dva tipa stena su sedimentne (taložne) stene formirane sporim sabijanjem naslaga zemlje i peska, te metamorfne stene nastale od nekog drugog tipa dugotrajnim dejstvom visokih temperatura.

Zatvoreni sistem. Sistem (stena, planeta itd.) koji nema razmenu informacija ili materije sa svojom okolinom. U stvarnosti zatvoreni sistemi ne postoje jer uvek postoji razmena, ali ako je ona beznačajno mala u odnosu na ukupnu razmenu unutar sistema (na pr. ako je u datiranju gubitak ili dobitak radioaktivnih atoma beznačajan) sa prakitčne tačke gledišta sistem se može smatrati zatvorenim.

 

[nazad na vrh strane]