سن‌یابی رادیواکتیو

بیگ بنگ: سن سنگ‌هایی که روی زمین و سیاره‌های دیگر یافت می‌شوند، چقدر است؟ آیا سنگ‌هایی که در مکان‌های گوناگون یافت می شوند، هم‌ سن‌اند یا سن‌شان با هم تفاوت دارد؟ شهاب‌سنگ‌ها چه سنی دارند؟

470-cliffبه گزارش بیگ بنگ، چنین پرسش‌هایی برای دانشمندانی که می‌خواهند از تاریخ زمین و در کل منظومه‌ی شمسی سر در بیاورند،‌ اهمیت دارد. اما صرفاً با دیدن هر سنگ نمی‌توان فهمید که آیا هزار سال سن دارد یا یک میلیون سال، یا یک میلیارد. خوشبختانه اغلب سنگ‌ها مقداری عنصر رادیواکتیو مانند اورانیوم دارند. دانشمندان با اندازه‌گیری فراوانی ایزوتوپ‌های رادیواکتیو گوناگون در هر وقت می‌توانند سن آن سنگ را به دست آورند. در هسته ی هر اتم از عنصری خاص، تعداد معینی پروتون وجود دارد. البته تعداد نوترون‌های موجود در هسته‌ی ایزوتوپ‌های مختلف یک عنصر با هم متفاوت است. مثلاً ایزوتوپ‌های متداول اورانیوم، اورانیوم ۲۳۵ هستند. هر ایزوتوپ‌ اورانیوم، ۹۲ پروتون در هسته‌اش دارد (اورانیوم، عنصر ۹۲ در جدول تناوبی است). البته اورانیوم ۲۳۵ در هسته‌ی خود ۱۴۳ نوترون و اورانیوم ۲۳۸ در هسته‌اش ۱۴۶ نوترون دارند.

هسته‌ی رادیواکتیوی که تعداد زیادی نوترون یا پروتون داشته باشد، ناپایدار است. چنین هسته‌ای برای پایدار شدن، آن‌قدر با دفع کردن ذره واپاشی می‌کند تا به حالتی پایدار برسد. اگر در این فرایند، تعداد پروتون‌ها (عدد اتمی) تعییر کند، هسته از عنصری به عنصر دیگر تبدیل می شود.
برخی ایزوتوپ‌های رادیواکتیو به تندی واپاشی می‌کنند در حالی‌که واپاشی سایر ایزوتوپ‌ها به کندی انجام می‌شود. فیزیک‌دان‌ها ترجیح می‌دهند که سرعت واپاشی را با نیمه‌ عمر ایزوتوپ بیان کنند. نیمه عمر هر ایزوتوپ مدت زمانی است که نیمی از هسته‌های آن واپاشی می‌کنند. مثلاً نیمه عمر اورانیوم ۲۳۸ برابر با چهار و نیم میلیارد سال است. یعنی اگر در ابتدا یک کیلوگرم اورانیوم ۲۳۸ داشته باشیم، پس از گذشت چهار و نیم میلیارد سال فقط نیم‌کیلوگرم از آن باقی می‌ماند. نیم کیلوگرم بقیه به عناصری دیگر تبدیل می‌شوند. اگر یک نیمه عمر دیگر یعنی روی هم ۹ میلیارد سال بگذرد، فقط یک چهارم (نیمی از نیمه‌ی مقدار اول) از اورانیوم ۲۳۸ باقی می‌ماند.

از جمله روش های مهم تعیین سن مطلق به روش رادیومتری عبارتند از :
۱- روش آرگون – پتاسیوم
۲- روش روبیدیوم – استرانسیوم
۳- روش اورانیوم – سرب
۴- روش کربن – نیتروژن ( برای تعیین سن های کوتاه مدت )

برای اینکه ببینید زمین شناسان چگونه سن سنگ‌هارا تشخیص می‌دهند، واپاشی آرام عنصر رادیواکتیو روبیدیوم ۸۷ (با عدد اتمی ۳۷) به استرونتیووم ۸۷ (با عدد اتمی ۳۸) را در نظر بگیرید. طی این واپاشی، یک نوترون به پروتون تبدیل می‌شود. در این فرایند، یک الکترون ازهسته دفع می‌شود. پس از گذشت سال‌ها، مقدار روبیدیوم در سنگ کاهش می‌یابد و مقدار استرونتیوم بیشتر می‌شود. از آنجایی که ایزوتوپ استرونتیوم در اثر واپاشی رادیواکتیو در سنگ به وجود آمده است، به آن پرتوزاد می‌گویند. نکته مهم این است که سن سنگ را صرفاً با اندازه‌گیری نسبت روبیدیوم به استرونتیوم موجود در آن به دست نمی‌آید زیرا خود سنگ در هنگام شکل‌گیری‌اش مقداری استرونتیوم داشته است. بنابراین زمین‌شناسان باید ببینند چه مقدار از استرونتیوم موجود در سنگ از واپاشی روبیدیوم پس از شکل‌گیری سنگ به وجود آمده است.

زمین‌شناسان برای انجام این کار از یکی دیگرا ز ایزوتوپ‌های استرونتیوم ۸۶ که مقدارش ثابت باقی می‌ماند و واپاشی رادیواکتیو ندارد به عنوان مرجع استفاده می‌کنند. این ایزوتوپ را ناپرتوزاد می‌نامند. بنابراین برای مشخص کردن سن هر سنگ لازم است که نسبت استرونتیوم پرتوزاد یعنی ۸۷ به استرونتیوم ناپرتوزاد یعنی ۸۶ را در آن سنگ با نسبت عنصر رادیواکتیو روبیدیوم و استرونتیوم ناپرتوزاد مقایسه کنیم. از آنجایی که نیمه عمر تبدیل شدن روبیدیوم به استرونتیوم ۸۶ (ناپرتوزاد) معلوم است، سن سنگ را می‌توان از روی این نسبت‌ها محاسبه کرد.

توجه شود نیمه عمر تبدیل روبیدیوم ۸۷ به استرونتیوم ۸۷، چهل و هفت میلیارد سال است که گستره‌ی سن تشخیص‌پذیر آن بین ده تا چهارمیلیارد و پانصد و شصت میلیون سال است. کانیها مواد قابل استفاده در این گروه شامل پلاپیوکلاژ ، بیوتیت ، هورنبلند و آپاتیت است. اما کاربرد روش روبیدیم کمتر از پتاسیم می‌باشد. این روش در تعیین سن سنگهایی سودمند است که سنشان ۳ میلیون سال است. ایزوتوپ‌های رادیواکتیو در هر جای عالم که باشند، با نیمه‌ عمر یکسای واپاشی می‌کنند. پس دانشمندان از همین شیوه برای مشخص کردن سن سنگ‌های ماه و شهاب‌سنگ‌ها استفاده می‌کنند.

نویسنده: اسماعیل جوکار/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع:  کتاب شناخت عالم و صفحات مختلف اینترنت

اطلاعات بیشتر: talkorigins ,Radiometric dating

image_pdfimage_print
(10 نفر , میانگین : 4٫70 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=27165
اسماعیل جوکار

اسماعیل جوکار

نویسنده این مطلب: اسماعیل جوکار، دانشجوی مقطع کارشناسی فیزیک، علاقمند به فیزیک، نجوم و کیهان شناسی می باشد و به عنوان نویسنده در وب سایت بیگ بنگ فعالیت می کند.

شما ممکن است این را هم بپسندید

یک پاسخ

  1. آرش گفت:

    سوال: از کجا می فهمن که نسبت Sr87/Sr86 در لحظه تشکیل کانی چقدر بوده است؟

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *