التأريخ المطلق للصخور

التأريخ النسبي يوضح ترتيب الأحداث، لكنه لا يعطي أعمارا بالسنوات. لذلك يستخدم العلماء التأريخ المطلق المعتمد على النشاط الإشعاعي للعناصر المشعة الموجودة في الصخور والمعادن.

النظائر: ذرات للعنصر نفسه لها عدد البروتونات نفسه، لكنها تختلف في عدد النيوترونات، ولذلك يختلف عددها الكتلي مثل نظائر الكربون 12 و13 و14.

بعض النظائر غير مستقرة ومشعة؛ تتحلل تلقائيا بإطلاق جسيمات ألفا أو بيتا وأشعة غاما حتى تنتج نظائر أكثر استقرارا. تسمى النظيرة غير المستقرة النظيرة الأم المشعة، وتسمى الناتجة منها النظيرة الوليدة.

عمر النصف ثابت لكل نظام إشعاعي، وهو الزمن اللازم لاضمحلال نصف ذرات النظيرة الأم. عند بداية العينة تكون النظيرة الأم 100% والوليدة 0%، ثم تقل الأم وتزداد الوليدة مع كل مدة عمر نصف.

ليست نهاية كاملة: بعد كل عمر نصف يبقى نصف ما تبقى من النظيرة الأم، لذلك تقترب الكمية من الصفر لكنها لا تختفي حسابيا دفعة واحدة.

قبل الأمثلة والمراجعة: الأمثلة الحسابية تبدأ دائما من N0 = Np + Nd، ثم إيجاد n، ثم T = T1/2 × n.

لحساب العمر المطلق نحدد أولا عدد ذرات النظيرة الأم الأصلية: N0 = Np + Nd، حيث Np مقدار النظيرة الأم المتبقية، وNd مقدار النظيرة الوليدة المستقرة. بعد ذلك نحدد عدد مدد عمر النصف n من العلاقة Np = N0 × (1/2)^n.

بعد إيجاد n نحسب العمر المطلق من العلاقة: T = T1/2 × n. في مثال عينة كتلتها 400 g تحلل منها 350 g خلال 15 days، بقي 50 g، أي أن 400 أصبحت 50 بعد ثلاث مدد عمر نصف؛ إذن عمر النصف 5 days، وبعد 30 days تكون ست مدد عمر نصف فيبقى 6.25 g.

في مثال مطياف الكتلة: إذا كانت النظيرة الأم المتبقية 11915 ذرة والوليدة 35745 ذرة، فإن N0 = 47660. النسبة 11915/47660 = 1/4، أي n = 2. ومع عمر نصف 2.7 million years يكون عمر العينة 5.4 million years.

اختصار النسبة: حوّل Np/N0 إلى كسر من قوى 1/2: نصف يعني n=1، ربع يعني n=2، ثمن يعني n=3، وهكذا.

قبل الأمثلة والمراجعة: لا تنس أن ذرات النظيرة الأم الأصلية تشمل المتبقي والوليد معا، وليست المتبقي وحده.

الصخور النارية هي الأفضل في التأريخ الإشعاعي؛ لأن المعادن عند تبلورها من الماغما تحبس النظيرة الأم المشعة داخل البلورة، ثم تبدأ النظيرة بالتحلل إلى وليدة مستقرة. لذلك يدل العمر المقاس على لحظة تبلور المعدن وانغلاق النظام، لا على نشأة الماغما نفسها.

في الصخور المتحولة قد تؤدي الحرارة والضغط وإعادة التبلور إلى فتح النظام الإشعاعي وفقد أو كسب ذرات. وعند انتهاء التحول يغلق النظام من جديد، فيعطي التأريخ عمرا أحدث من عمر الصخر الأصلي؛ لأنه يؤرخ لحظة انتهاء التحول.

تؤرخ بعض الصخور الرسوبية الكيميائية لأن النظام يغلق عند الترسيب. أما الرسوبية الفتاتية فلا تعطينا غالبا عمر الصخر الرسوبي نفسه؛ لأن حبيباتها جاءت من صخور أقدم واحتفظت بسجلها الإشعاعي القديم. لذلك تستخدم طبقات رماد بركاني أو قواطع نارية حول التتابع لتحديد العمر بصورة غير مباشرة.

الفتاتية ليست عمر الترسيب: تأريخ حبيبة معدنية في صخر رملي فتاتي قد يعطي عمر الصخر المصدر، لا عمر ترسيب الرمل.

قبل الأمثلة والمراجعة: في سؤال الصخور النارية بين رسوبية، استخدم أعمار الناري مع مبادئ القاطع والمقطوع والتعاقب لتقييد عمر الرسوبية.

جمع العلماء أعمار الصخور في مناطق مختلفة وشكلوا العمود الجيولوجي، ثم نظموا تاريخ الأرض في سلم الزمن الجيولوجي. أكبر الوحدات الدهر، ثم الحقبة، ثم العصر، ثم العهد، ثم العمر.

يقسم تاريخ الأرض إلى ما قبل الكامبري ودهر الحياة الظاهرة. ودهر الحياة الظاهرة يضم حقبة الحياة القديمة، والمتوسطة، والحديثة. يبدأ السلم من نشأة الأرض قبل نحو 4600 million years حتى الحاضر.

لا تكفي صخور القشرة الأرضية وحدها لتحديد عمر الأرض الحقيقي؛ لأنها تتغير في دورة الصخور وقد تنصهر أو تتحول أو تتعرض للتجوية والتعرية. لذلك استخدم العلماء صخور القمر والنيازك، خاصة ذات أنصاف الأعمار الكبيرة مثل أنظمة بوتاسيوم-أرغون ويورانيوم-رصاص.

تراوحت أعمار أقدم صخور القمر بين 4.4 و4.5 billion years، وتراوحت أعمار أكثر من 70 نيزكا بين 4.53 و4.58 billion years. وقد قدر عمر نيزك كانيون ديابلو بنحو 4.54 billion years، وبناء على هذه الأدلة قدر العلماء عمر الأرض بنحو 4.6 billion years.

اختبار سريع: لماذا لا نستخدم الكربون 14 لعمر الأرض؟ لأن عمر نصفه قصير نسبيا ولا يناسب أعمارا بمليارات السنين.

1. يميز الدرس بين النظيرة الأم المشعة والنظيرة الوليدة المستقرة، ويعرض أمثلة لأنظمة إشعاعية مثل كربون-14 ونيتروجين-14، وبوتاسيوم-40 وأرغون-40، ويورانيوم-235 ورصاص-207. اختيار النظام يعتمد على عمر العينة ونوعها.
2. والنظائر تختلف في عدد النيوترونات لا في عدد البروتونات، لذلك تبقى للعنصر نفسه لكنها تختلف في الكتلة والاستقرار. هذه الفكرة ضرورية قبل الانتقال إلى معنى النظيرة الأم والنظيرة الوليدة.

اختيار النظير: الأعمار القصيرة تحتاج نظائر قصيرة العمر نسبيا، أما أعمار الصخور القديمة فتحتاج أنصاف أعمار كبيرة.

1. تدرب أمثلة الدرس الطالب على تحويل الكتلة أو عدد الذرات إلى نسبة متبقية من النظيرة الأم، ثم تحويل هذه النسبة إلى عدد مدد عمر النصف. بعد ذلك يضرب عدد المدد في قيمة عمر النصف ليحصل على العمر المطلق.
2. كما تظهر في الدرس مسائل تستخدم الكتلة وأخرى تستخدم عدد الذرات، لكن طريقة التفكير واحدة: اجمع الأم والوليدة لتقدير الكمية الأصلية، ثم حدد كم مرة انخفضت الأم إلى النصف.
3. ينتقل الدرس من ترتيب الأحداث نسبيا إلى تحديد أعمار الصخور بالسنوات باستخدام الاض

سلم النسب: 100% ثم 50% ثم 25% ثم 12.5% ثم 6.25%؛ هذه السلسلة تختصر معظم أسئلة عمر النصف.