Leta 1905 je oče jedrske fizike Ernest Rutherford predlagal metodo za radioizotopsko datiranje z izračunom starosti več mineralov urana. Od takrat se radioizotopsko datiranje pogosto uporablja v geologiji, paleontologiji, arheologiji … Vendar je ta tehnika nezmotljiva? Mnogi znanstveniki dvomijo o tem rezultatu.
Formula vprašanja
Radioizotop ali radiometrično datiranje je metoda za določanje starosti različnih predmetov, ki vsebujejo kateri koli radioaktivni izotop. Ta izotop (roditelj) zaradi razpada povzroči novo (hčer). Iz razmerja teh elementov se ob upoštevanju razpolovne dobe matičnega izotopa izračuna starost vzorca.
Tu so tri najbolj znane metode datiranja kamnin in mineralov:
Analiza urana in svinca: razpad urana povzroči svinec, razpolovni čas izotopa urana-238 je 4,47 milijarde let. Za datiranje urana-svinca se običajno uporablja cirkon, kemično odporen mineral, ki je pogost v magnetnih kamninah.
Kalijev-argonova metoda: argon je produkt razpadanja kalija-40 (razpolovna doba 1,2 milijarde let). Res je, da minerali kalij zlahka izgubijo argon, zato je narejena prilagoditev. Kljub temu je metoda razširjena pri datiranju magnetnih in sedimentnih kamnin.
Promocijski video:
Analiza Rubidij-stroncij temelji na pretvorbi rubidija-87 v stroncij. Razpolovni čas Rb87 doseže 49 milijard let. Tovrstno analizo pogosto uporabljamo pri datiranju s skalami.
Za določitev starosti organskih (bioloških) materialov je bila razvita radiokarbonska metoda. Pri datiranju se v proučevanem vzorcu določi razmerje radioaktivnega ogljika (C14) in stabilnega ogljika (C12), pri čemer se upošteva, da je razpolovna doba C14 približno 5.730 let.
Radiokarbonsko metodo je predlagal Američan Willard Libby, za katero je prejel Nobelovo nagrado (1960).
Vendar je zdaj znano, da ta metoda temelji na dvomljivih postulatih: razmerje ogljikovih izotopov v ozračju se ne spreminja v času in prostoru, vsebnost izotopov v živih organizmih pa ustreza stanju v atmosferi.
Slika kopičenja ogljika
Rastline skupaj z ogljikovim dioksidom absorbirajo ogljikovodik in preko rastlin pride do živali. Prej je veljalo, da s "smrtjo" organskega predmeta novi ogljik-14 vanj ne vstopa, vendar obstoječi razpade s konstantno hitrostjo, medtem ko stabilni ogljik ostane nespremenjen. Zmenki temeljijo na teh predpostavkah. Toda v resnici lahko novi ogljik prodre v biomaterial - iz ozračja in tal, s temperaturnimi padci in vulkanskih pojavov …
Zdaj je bilo ugotovljeno, da se vsebnost C14 v atmosferi spreminja, odvisno od kozmičnega sevanja in aktivnosti Sonca, zemljepisne širine območja, stanja magnetosfere, od izbruhov vulkanov in cikla ogljikovega dioksida. Plus jedrska testiranja in nenehno izgorevanje fosilnih goriv. Vse to negativno vpliva na natančnost datiranja, zlasti sodobnih vzorcev.
V zvezi s tem vprašanjem se je vredno sklicevati na … Sveto pismo. Domnevamo, da je bila pred Potopom (pred 4,5 tisoč leti) ena od plasti Zemljine atmosfere zaščitna "kupola" vode ali vlage (Postanek 1: 6-8). Ta kupola bi lahko zaščitila planet (in ozračje) pred kozmičnim sevanjem, ki ustvarja radioaktivno C14. Zato je lahko vsebnost ogljika-14 v predhodnih vzorcih izredno nizka in ne zaradi razpada. To pomeni, da število C14 "ostane" ne bo odražalo resnične starosti predmeta.
Registracija "anomalij"
Teoretično je z ogljikovo metodo mogoče določiti ostanke, stare največ 60 tisoč let, po tem obdobju je C14 ostal zanemarljiv, vendar je razvoj masne spektrometrije izboljšal "občutljivost" merjenja razmerja C14 / C12 z 1% na 0,001%, tako da se lahko razpon izmerjenega časa razširi na 90 tisoč let.
Vendar do zdaj ni bilo najdenih nobenih materialov s tako majhnim (0,001%) razmerjem. Se pravi, da so daleč od starostne meje 90 tisoč let. Poleg tega je masna spektrometrija omogočila opaziti sledi C14 v premogu, nafti, antracitu iz več milijonov let. In radiokarbonski ogljik naj bi že zdavnaj izginil!
Večina znanstvenikov to dejstvo pripisuje onesnaževanju starodavnih kamnin s sodobnimi viri ogljika. In razvili smo učinkovite načine čiščenja. Vendar je raven C14 še vedno ostala pomembna, približno 100-krat višja od skoraj mejne občutljivosti instrumentov. Torej morda starost istega premoga "vleče" le nekaj tisoč let?
Neprijetna vprašanja
Druge metode temeljijo na poljubnih predpostavkah: uran-svinec, kalij-argon, rubidij-stroncij. Domneva se, da je prvotno skala sestavljala le matični element (na primer uran), hči (svinec) pa ni obstajala. Toda na podlagi česa? Še posebej, če govorimo o milijonih let.
Posledično je mogoče ob analizi kamnine s prevlado svinca nad uranom izvesti sklep o njeni antiki. Vendar je ta vzorec morda mlad, vendar z visoko začetno vsebnostjo svinca. Poleg tega se lahko vsebina elementov spreminja pod vplivom zunanjih dejavnikov, na primer vode.
"Sveta krava" radiometrije je konstantna stopnja propadanja. "Ugotovljeno je bilo, da se hitrost propadanja radioaktivnih elementov danes ne spreminja pri temperaturi, tlaku in drugih fizikalnih in kemijskih vplivih," piše geograf Jurij Golubčikov. - Odločeno je bilo, da je bilo vedno tako. Po informacijah, zbranih v sedanjosti, so začeli poustvariti preteklost.
Vendar pa nedavni poskusi dvomijo o stalnosti hitrosti razpadanja. Po besedah ameriškega profesorja Johna Baumgardnerja so poskusi pokazali, da je bila stopnja propadanja urana v svinec in helij v preteklosti precej višja. In če hitrost ni konstantna, se zruši celoten sistem zmenkov …
Praksa je merilo resnice
Ko je natančno znana starost materialov, je mogoče natančno preveriti natančnost radiometričnega datiranja. Tu je le nekaj primerov.
Datiranje z ogljikom-14 je pokazalo: na novo ubit tjul … umrl je pred 1,3 tisoč leti, lupina živih polžev je bila stara 27 tisoč let, starost lupine živega mehkužca je bila 2 tisoč let.
Šest laboratorijev je opravilo 18 starostne analize lesa iz Shelforda v Cheshireu v Angliji. Ocene segajo od 26 tisoč do 60 tisoč let. Tako natančno!
Starost organskega materiala v malti enega angleškega gradu je bila več kot 7 tisoč let, čeprav je starost gradu približno 8 stoletij. Verjetno so bila v raztopini uporabljena zelo starodavna jajca …
Odločili smo se preveriti starost petih lav iz vulkana Ngauruhoe na Novi Zelandiji. Znano je bilo, da je lava tekla enkrat leta 1949, trikrat leta 1954 in spet leta 1975. Vendar je po metodi kalij-argon starost pretokov lave znašala … od 0,2 do 3,5 milijona let.
In tu so rezultati analiz "rubidij-stroncij" in "kalij-argon". Geolog Stephen Austin je vzel vzorce bazalta iz spodnjih plasti Grand Canyona v Koloradu in iz lave, ki teče na robu kanjona. Vendar pa so analize pokazale, da je relativno nedavni pretok lave 270 Ma starejši od bazalta iz črevesja Grand Canyona!
V devetdesetih letih istega Stevea Austina in njegovih sodelavcev so odvzeli vzorce iz lave vulkana San Helen (ZDA, izbruh 1986), ki so jo dali laboratoriju za analizo kalija-argona. Rezultati so presegli vsa pričakovanja: instrumenti so pokazali starost sveže lave … od 0,3 do 2,8 milijona let.
Tu je še nekaj čudežev: bazalt Hualalai (Havaji, izbruh 1801) izvira iz 1,6 milijona let ali več, lava gora Etna (Sicilija, izbruh iz leta 1792) pa izhaja iz 1,4 milijona let.
Na Moskovski državni univerzi se je na tisoče let izkazala starost sveže rezane trave, merjene z radioakljikovodikom. Izkazalo se je, da je to doba bencina iz avtomobilov: rastline absorbirajo ogljikov dioksid, ki se sprosti med njegovim zgorevanjem, in ga v C14 izčrpajo. Ker je ogljika 14 malo, je starost velika. Tu je takšna neumnost.
Težave ostajajo
"V resnici nimamo takšnih objektov, katerih starost bi nam bila znana zagotovo … Edine izjeme so najmlajši vulkanski objekti, katerih čas nastanka je zapisan zgodovinsko." - to je mnenje geologa Aleksandra Lalomova.
"Za hrbtom nestrokovnjaka je dejstvo, da nimamo zanesljive metode za določanje začetne količine izotopov v vzorcu," je dejal nadškof Georgy Neifakh, kandidat fizikalnih in matematičnih znanosti.
Tako ostajajo problemi radioizotopskega datiranja: to je izmenjava snovi med objektom in okoljem, pa tudi negotovost začetne izotopske sestave. In zato je "obračunana" starost starodavnih vzorcev dvomljiva.
Irina Gromova