Неђељко Јекнић

RADIOMETRIJSKO DATIRANjE

Starost Zemlje

Aristotel je smatrao da je Zemlja morala vječno postojati. U svojoj Fizici on je tvrdio da sve što nastaje - nastaje iz supstrata, a supstrat bi otprilike bila „stvar u osnovi“. Da bi osnovna materija od koje je građen univerzum nastala, morala bi nastati iz tog supstrata.

Пише: Види све колумне

To dalje ukazuje da bi osnovna materija univerzuma mogla da nastane samo od već postojeće materije, a ovo bi opet zahtijevalu pretpostavku da je ta osnovna materija već postojala iz čega se po Aristotelu morao izvući zaključak da materija mora biti vječna. Sa filozofske strane, ovo pitanje je i dalje otvoreno i ne znamo da li je Aristotel bio u pravu ili ne.

Predstavnik “suprotnog tabora“ je rimski pjesnik i filozof Lukrecije koji je bio stava da je formiranje svijeta moralo biti nedavno, jer ne postoje zapisi koji sežu dalje od Trojanskog rata. U 17. vijeku irski nadbiskup Džejms Ašer bavio se proučavanjem rodoslova iz Starog zavjeta i došao do podatka da je Zemlja nastala 4004. godine prije nove ere.

Istorija pogrešnog računa

Tokom poslednjih par vjekova bilo je raznih proračuna i jako maštovitih metoda za procjenu starosti naše planete. Današnjim preciznim i mnogo puta provjerenim računicama su prethodile gomile netačnih. Evolucija tih pogrešnih proračuna je utabala put za dolazak do pravog rešenja ovog problema. Opadanje nivo mora je bila ideja francuskog antropologa Benoa de Majea koji je zaključio da fosili koji su pronalaženi na velikim nadmorskim visinama znače da je cijelu Zemlju nekada prekrivao veliki okean.

Tom okeanu je po njemu trebalo oko 2 milijarde godina da ispari do sadašnjeg nivoa. Lord Kelvin je imao pretpostavku da je Zemlja nekada bila ista kao Sunce, te da se onda postepeno hladila. Njegov proračun je govorio da je bilo potrebno između 20 i 400 miliona godina da se planeta ohladi. Herman fon Helmholc je računao period hlađenja Sunca.

Ova ideja je pokazivala da je Suncu bilo potrebno 22 miliona godina da se kondenzuje do svog trenutnog prečnika i temperature. Čarls Darvin je proučavao slojeve stijena u blizini svoje kuće na jugu Engleske i zaključio da je moralo proći najmanje 300 miliona godina od perioda njihovog formiranja. Njegov sin, Džordž Darvin je pretpostavio da je Mjesec nastao od Zemlje (što je i danas najdominantnija hipoteza) i da mu je trebalo 56 miliona godina da se udalji ovoliko koliko je danas udaljen. Edmund Halej (da, da, onaj po kome je kometa dobila ime) je zaključio da su okeani sve slaniji i slaniji pa bi se uz pomoć slanosti okeana mogla procijeniti starost. Takva metoda davala je brojeve između 80 i 150 miliona godina. Kasnije se naravno utvrdilo da geološki procesi nekada i smanjuju salinitet okeana, tako da je i ova pretpostavka bila pogrešna.

Radiometrijsko datiranje

Krajem 19. vijeka francuski hemičar Henri Bekerel otkrio je prirodnu radioaktivnost (vještački izazvana radioaktivnost se javlja npr. kod fisije dva atoma) pojavu kod koje se atomsko jezgro emitujući jednu ili više čestica preobražava u drugo jezgro. Ovo otkriće je nešto kasnije iskoristio Ernest Raderford i došlo se do metode radiometrijskog datiranja koja je srušila sve prethodne proračune i pokazala da su bili poprilično daleko.

Utvrđeno je da se radioaktivni materijali raspadaju na druge materijale brzinom koja se može predvidjeti. Ova brzina je definisana pojmom „vrijeme poluraspada“ a to je vrijeme koje je potrebno da se polovina početnog broja jezgara radiaktivnog materijala raspadne. Da pojasnimo ovo: posle prvog poluraspada ostaće nam 50% neraspadnutih atoma, posle drugog će ostati 25%, posle trećeg 12.5% i tako dalje. Ovo je odličan metod za mjerenje ogromnih vremenskih razdoblja – ukoliko znamo koliko je tačno procenata nekog elementa u nekom uzorku ostalo neraspadnuto možemo izračunati koliko je vremena prošlo od formiranja tog uzorka.

Danas postoji preko 40 metoda radiometrijskog datiranja, zavisno od vrste elementa ili izotopa (atom istog elementa, ali različite mase). Razlike u dužini trajanja poluraspada su velike i na osnovu toga se bira koji element će se koristiti za određenu vremensku skalu. Za određivanje starosti stijena koriste se izotopi sa izrazito velikim periodima poluraspada, a oni sa kraćim se koriste za datiranje skorijih događaja. Primjera radi, za radiometrijsko datiranje organskih materijala najzgodniji je ugljenik-14 jer je njegov period poluraspada oko 5700 godina i sa njim se može mjeriti period do oko 60 000 godina.

Biljke prikupljaju C-14 putem fotosinteze, a životinje se hrane biljkama. Tako sva živa bića zadržavaju istu koncentraciju C-14 tijekom cijelog života. Posle smrti organizma, prestaje unos novog ugljenika i njegova količina kreće da opada. Uzorci koji su najpogodniji za organsko datiranje su drvo, ugalj, treset, kosti, kosa, rogovi i slično. Iz razloga što se vrijeme poluraspada ugljenika mjeri u hiljadama godina, uz pomoć njega se ne mogu datirati ostaci dinosaurusa koji su nestali prije oko 60 miliona godina.

Određivanje starosti Zemlje

Kada se mjeri starost Zemlje ovakvom metodom, logično je da treba pronaći najstariju stijenu na Zemlji. Međutim, to nije baš lako. Površina Zemlje se stalno mijenja, usled erozije, usled atmosferskih pojava, vulkana i ostalih geoloških procesa. Ovo je naročito bilo izraženo u ranijoj istoriji planete, koja se dramatično razlikuje od sadašnje, kudikamo mirnije i stabilnije sredine.

Preklapanje tektonskih ploča, stalno pomjeranje i miješanje tla čini da Zemljina kora bude uglavnom mlađe dobi u odnosu na unutrašnjost planete, međutim, u Australiji su pronađeni uzorci, do sad, najstarijeg zemaljskog materijala starog 4 milijarde i 404 miliona godina. Pretpostavka da su sva tijela u Sunčevom sistemu nastala u slično vrijeme je dovela do proučavanja i radiometrijskog datiranja meteora koji su padali na Zemlju. Došlo se do preciznije procjene koja glasi da je Zemlja stara 4 milijarde 540 miliona godina, sa mogućnošću greške od +/-1%. Mjesec ima sličnu starost kao i Zemlja, najnovija istraživanja pokazuju da se radi o vremenu njegovog nastanka od prije 4.42 miljarde godina. Uzorci koji su donošeni na Zemlju sa Mjeseca su pokazali da je njihova prosječna starost oko 4.4 milijarde godina, mada je bilo i uzoraka koji su datirali na 4.56 milijardi godina (što je i sama starost Sunčevog sistema) identično kao i uzorci meteora koji su padali na Zemlju.

Analizirajući nama poznate izotope, može se primijetiti da praktično svi izotopi sa periodom poluraspada koji je kraći od jedne milijarde godina više ne postoje na Zemlji. Izuzetak su oni koji imaju neki svoj izvor koji ih konstantno proizvodi. Ovo sugeriše da su izotopi sa kraćim periodima poluraspada imali dovoljno vremena da nestanu, odnosno da dožive mnogo ciklusa raspada. Kako i dalje postoje oni čiji se period poluraspada mjeri u milijardama godina i grubom računicom se da zaključiti da je Zemlja stara nekoliko milijardi godina (dakle sigurno nije stotinama milijardi godina jer bi se onda i oni raspali).

A mi smo tek od skoro tu...

Radiometrijsko datiranje je tehnika koja se koristi već više od sto godina i do sada su usavršene i proširene brojne metode. Datiranje se danas može raditi i na uzorcima veličine nanograma, uz pomoć uređaja koji se zove maseni spektrometar. Jedan od najkorišćenijih postupaka je metoda uranijum-olovo koja obezbjeđuje dva mjerača vremena: jedan je zasnovan na raspadu uranijuma-235 do olova-207 sa periodom poluraspada od 700 miliona godina, a drugi od uranijuma-238 do olova-206 sa poluraspadom od oko 4.5 milijardi godina. Ovo pruža unakrsnu provjeru i smanjuje grešku na ispod 2 miliona godina na period od 2.5 milijarde godina čak i ako je dio olova izgubljen.

Dakle, da se vratimo još jednom i zaključimo, mogućnost greške koja je data prilikom procjene starosti Zemlje je oko 1% što u apsolutnom iznosu bude oko 45 miliona godina, ali u poređenju sa ukupnom starošću naše planete - praktično je irelevantno. I taj podatak treba imati u vidu, cijelih 45 miliona godina za istoriju Zemlje ne predstavlja neki značajan period. Slikovito prikazano, ako bi cijelu istoriju Zemlje, od njenog nastanka do danas predstavili kao jednu kalendarsku godinu stvari bi stajale ovako: Zemlja je dakle nastala 1. januara, život se pojavio oko 25. februara, homo sapiens se pojavio tek 31. decembra u 23:24, poljoprivredom smo počeli da se bavimo istog dana u 23:59 a poslednjeg dana te kalendarske godine se javila i industrijska revolucija i to u 23:59:58.