Określanie wieku skał

GEOCHRONOLOGIA - jest to nauka, która zajmuje się określaniem czasu oraz datowaniem procesów, które zachodziły w odległej historii naszego globu. W geochronologii możemy wyróżnić g. względną oraz g. bezwzględną.

Geochronologia względna - określa ona wiek skalnych warstw oraz okres trwania zjawisk geologicznych według następstwa występowania warstw, albo względem tych warstw które przyjęto za wzorcowe. Geochronologia posługuje się przede wszystkim metodą paleontologiczną. Dzieli ona dzieje naszej planety na jednostki czasu (tak zwane jednostki geochronologiczne - eony, ery, okresy, epoki, wieki), charakteryzuje ją występowanie identycznych grup, rodzajów i gatunków zwierząt.

Geochronologia bezwzględna - określa ona w latach wiek skał, a tym samym pozwala ustalić skalę chronologiczną dla wydarzeń geologicznych. Wykorzystuje ona najczęściej metody izotopowe.

Wyróżniamy następujące metody wyznaczania wieku względnego:

• M. STRATYGRAFICZNA - umożliwia poznanie wieku względnego skał z ułożenia poszczególnych warstw skalnych. Jeśli określone warstwy skał nie uległy przemieszczeniu wskutek procesów geologicznych oraz odznaczają się pierwotnym ułożeniem, możemy wtedy założyć, że wiek skał rośnie wraz z głębokością. Metoda ta jest niemożliwa do zastosowania w rejonach, gdzie miały miejsce ruchy tektoniczne oraz warstwy uległy przemieszczeniu.

• M. TEKTONICZNA - pozwala ona na określenie wieku ruchów zalegających mas skalnych. Zasada tej metody polega na tym, że w przypadku, gdy warstwy sfałdowane są przykryte poziomo ułożonymi warstwami to kolejność ich powstania jest następująca:

1. Najpierw uformowały się warstwy sfałdowane

2. Później miało miejsce fałdowanie tych warstw

3. Jako ostatnie utworzyły się warstwy wierzchnie

• M.PALEONTOLOGICZNA - ustalanie wieku określonych skał odbywa się w oparciu o znajdujące się w warstwach przewodnie skamieniałości. Do przewodnich skamieniałości zalicza się te, które rozpowszechnione były na znacznym obszarze kuli ziemskiej, mimo że żywot ich był krótki. Odnajdując te same skamieniałości w różnych miejscach i różnych warstwach na Ziemi, możemy założyć, iż utworzyły się one w identycznym czasie.

Metody radiometryczne służą do określania wieku bezwzględnego skał, polegają one na wykorzystywaniu prawa promieniotwórczego rozpadu do wyznaczenia wieku skały.

Wyróżniamy:

• M. RADIOWĘGLOWĄ - stosuje się ją w celu wyznaczenia wieku materiału organicznego pochodzenia. Istotą jej jest pomiar stosunku ilościowego zawierających się w tych materiałach izotopów węgla, a konkretnie ¹²C oraz ^14C. Izotop promieniotwórczy ¹⁴C tworzy się w otaczającej nas atmosferze z azotu, który ona zawiera. Ulega on rozpadowi ( okres rozpadu połowicznego - 5730 lat) wskutek przemiany b^-. ¹⁴C bierze udział w różnego rodzaju reakcjach chemicznych, między innymi w tych prowadzących do powstania CO₂. Gaz ten przyswajany jest podczas fotosyntezy przez żywe organizmy. W żywym organizmie panuje stały stosunek ilościowy węgla niepromieniotwórczego oraz promieniotwórczego. W obumarłych substancjach organicznych następuje zmniejszanie się ilości węgla promieniotwórczego ¹⁴C, a tym samym zmienia się również wspomniany stosunek

Wyznaczając stosunek tych izotopów dla określonej próby jesteśmy w stanie wyznaczyć czas w którym nastąpiło obumarcie danego obiektu. Można ją zastosować w przypadku obiektów młodszych od 70 tysięcy lat.

Jeśli znane jest nam stężenie węgla  w momencie przerwania procesów metabolizmu w biosferze, możemy wyznaczyć jej wiek przy pomocy następującego wzoru:

gdzie:

a₀ - aktywność w chwili przerwania metabolizmu (początkowa aktywność)

a - aktywność próbki odniesiona do 1950 roku

T - czas rozpadu połowicznego izotopu

• M. OŁOWIOWĄ - dzięki tej metodzie możemy określić wiek minerałów, które zawierają uran, tor bądź też ich domieszki. Ta metoda oparta jest na pomiarze zawartości promieniotwórczych izotopów ²³⁵U, ²³⁸U albo ²³²Th i tworzących się z nich wskutek następnych przemian, izotopów trwałych ołowiu ²⁰⁷Pb,²⁰⁶Pb, albo ²⁰⁸Pb.

Wiek poszczególnych minerałów wylicza się według stosunku zawartości określonych par izotopów, na przykład: ²³⁸U oraz ²⁰⁶Pb.

Izotopy radiogeniczne ołowiu magazynują się w warstwach skalnych jako rezultaty rozpadu toru oraz uranu.

Wiek możemy określić według stosunku macierzystego izotopu do izotopu końcowego posługując się wzorami:

• M. POTASOWO-ARGONOWĄ - jest używana do określenia wieku minerałów potasowych, przede wszystkim muskowitu oraz biotytu. Wykorzystywany jest do tego stosunek ilościowy ⁴⁰K oraz produktu powstałego z jego rozpadu ⁴⁰Ar.

Izotop potasowy  ulega rozpadowi wskutek emisji b^- [80%] i wychwyt K [12%]. Ich wynikiem jest powstanie izotopów:  oraz .

Możliwe jest określenie wieku według izotopowego stosunku , a jego wartość wyraża się następującym wzorem:

otrzymujemy z tego poniższy wzór na określenie wieku danej próby:

Inną jeszcze metodą, która wykorzystuje argon jest met. Oparta na następującym stosunku:

• M. RUBIDOWO-STRONTOWĄ - daje ona możliwość ustalenia wieku chemicznych związków posiłkując się wynikami pomiarów zawartości trwałego ⁸⁷Sr oraz promieniotwórczego ⁸⁷ Rb.

Zawarty w skale izotop  ulega rozpadowi wskutek rozpadów b^- czego wynikiem jest powstanie izotopu strontu, czyli .

Wiek naszej próbki możemy wyliczyć z następującego wzoru: