Рад геолози је испричати истинску причу о Земљиној историји - тачније, причи о Земљиној историји која је увек истинитија. Пре сто година нисмо имали појма о дужини приче - време нисмо имали добро. Данас, уз помоћ изотопских метода датирања, можемо утврдити старост стена готово једнако као и мапирање самих стена. За то се можемо захвалити радиоактивности која је откривена на прелазу прошлог века.
Потреба за геолошким сатом
Пре сто година, наше идеје о старости стена и старости Земље биле су нејасне. Али очито су стијене веома старе ствари. Судећи по броју стена које постоје, плус неприметне стопе процеса који их формирају - ерозије, сахране, фосилизација, уздизање - геолошки запис мора представљати неиспричане милионе година. Управо је тај увид, први пут изражен 1785. године, учинио Јамеса Хуттона оцем геологије.
Знали смо за "дубоко време, "али истраживање је било фрустрирајуће. Током више од сто година најбољи начин сређивања историје била је употреба фосила или биостратиграфија. То је радило само за седиментне стијене и само неке од њих. Стијене предкамбријског доба имале су само најрјеђе фосиле фосила. Нико није знао ни колико је Земљине историје непознато! Требао нам је прецизнији алат, нека врста сата, да бисмо га почели мјерити.
Успон изотопског упознавања
Године 1896. случајно откриће радиоактивности Хенри Бецкуерел показало је шта би могло бити могуће. Сазнали смо да неки елементи пролазе радиоактивно пропадање, спонтано се мењајући у другу врсту атома, истовремено испуштајући притом енергије и честица. Овај процес се одвија једноличном брзином, постојаном као сат, на коју не утичу обичне температуре или обична хемија.
Принцип употребе радиоактивног распада као методе датирања је једноставан. Узмите у обзир ову аналогију: роштиљ са роштиљем пуним горућег угља. Дрвени угаљ сагорева познатом брзином, а ако измерите колико угља је остало и колико пепела се формира, можете рећи колико је дуго роштиљ био упаљен.
Геолошки еквивалент осветљавања роштиља је време у коме се очврсло минерално зрно, било давно у древном граниту или тек данас у току свеже лаве. Чврсто минерално зрно заробљава радиоактивни атоми и њихових производа пропадања, помажући да се осигурају тачни резултати.
Убрзо након што је откривена радиоактивност, експерименти су објавили неке пробне датуме стена. Схвативши да распадом уранијума настаје хелијум, Ернест Рутхерфорд је 1905. одредио старост комада уранијумске руде мерећи количину хелијума заробљен у њему. Бертрам Болтвоод је 1907. године користио олово, крајњи продукт распада уранијума, као методу за процену старости минерала уранинита у неким древним стенама.
Резултати су били спектакуларни, али преурањени. Чини се да су стијене биле запањујуће старе, у старости од 400 милиона до више од 2 године милијарде година. Али у то време нико није знао за изотопе. Једном изотопи су експлицирани, током 1910-их, постало је јасно да радиометријске методе датирања нису спремне за прво време.
Откривањем изотопа проблем датирања се вратио на четврти. На пример, каскада распада урана-олово заиста је два - уран-235 пропада до олова-207, а уранијум-238 пропада до олова-206, али други је процес готово седам пута спорији. (Који чини датирање улова-олова посебно корисно.) Отприлике 200 других изотопа откривено је у наредним деценијама; код оних који су радиоактивни тада је њихова стопа пропадања одређена у мукотрпним лабораторијским експериментима.
До 40-тих година, ово фундаментално знање и напредак у инструментима омогућили су почетак одређивања датума који геолозима нешто значе. Али технике и данас напредују, јер се са сваким кораком напријед може поставити и поставити мноштво нових научних питања.
Методе изотопског упознавања
Постоје две главне методе изотопског датирања. Један открива и броји радиоактивне атоме својим зрачењем. Пионири радиокарбонског датирања користили су ову методу јер је угљеник-14, радиоактивни изотоп угљеника, врло активан, и пропада са полуживотом од само 5730 година. Прве радиокарбонске лабораторије изграђене су под земљом, користећи антикне материјале из ране радиоактивне контаминације из четрдесетих година КСКС века, са циљем да се подлога задржи ниском радијацијом. Упркос томе, може трајати недеља бројања пацијената да би се добили тачни резултати, посебно у старим узорцима у којима је остало врло мало атома угљоводоника. Ова метода се још увек користи за ријетке, високо радиоактивне изотопе попут угљеник-14 и тритијум (водоник-3).
Већина процеса пропадања од геолошког интереса је преспора за методе бројања распадања. Друга метода се ослања на стварно бројање атома сваког изотопа, не чекајући да се неки од њих распадну. Ова метода је тежа, али перспективнија. То укључује припрему узорака и њихово трчање кроз масени спектрометар, који их пресече атом по атом према тежини уредно као једна од тих машина за сортирање новчића.
За пример, узмите у обзир то калијум-аргонска метода датирања. Атоми калијума долазе у три изотопа. Калијум-39 и калијум-41 су стабилни, али калијум-40 пролази кроз облик распада који га претвара у аргон-40 са полуживотом од 1,277 милиона година. Тако старији узорак добија, мањи је проценат калијума-40, и обрнуто већи проценат аргона-40 у односу на аргон-36 и аргон-38. Бројање неколико милиона атома (лако са само микрограма стена) даје датуме који су прилично добри.
Изотопско дружење подстакло је читаво век напретка који смо постигли у истинској историји Земље. И шта се десило тих милијарди година? То је довољно времена да уклопимо све геолошке догађаје за које смо икада чули, са милијардама преосталих. Али, помоћу ових алата за упознавање, били смо заокупљени мапирањем дубоког времена, а прича је из године у годину све прецизнија.