سنيابي راديواكتيو
بیگ بنگ: سن سنگهايي كه روي زمين و سيارههاي ديگر يافت ميشوند، چقدر است؟ آيا سنگهايي كه در مكانهاي گوناگون يافت می شوند، هم سناند يا سنشان با هم تفاوت دارد؟ شهابسنگها چه سني دارند؟
به گزارش بیگ بنگ، چنين پرسشهايي براي دانشمنداني كه ميخواهند از تاريخ زمين و در كل منظومهي شمسي سر در بياورند، اهميت دارد. اما صرفاً با ديدن هر سنگ نميتوان فهميد كه آيا هزار سال سن دارد يا يك ميليون سال، يا يك ميليارد. خوشبختانه اغلب سنگها مقداري عنصر راديواكتيو مانند اورانيوم دارند. دانشمندان با اندازهگيري فراواني ايزوتوپهاي راديواكتيو گوناگون در هر وقت ميتوانند سن آن سنگ را به دست آورند. در هسته ي هر اتم از عنصري خاص، تعداد معيني پروتون وجود دارد. البته تعداد نوترونهاي موجود در هستهي ايزوتوپهاي مختلف يك عنصر با هم متفاوت است. مثلاً ايزوتوپهاي متداول اورانيوم، اورانيوم 235 هستند. هر ايزوتوپ اورانيوم، 92 پروتون در هستهاش دارد (اورانيوم، عنصر 92 در جدول تناوبي است). البته اورانيوم 235 در هستهي خود 143 نوترون و اورانيوم 238 در هستهاش 146 نوترون دارند.
هستهي راديواكتيوي كه تعداد زيادي نوترون يا پروتون داشته باشد، ناپايدار است. چنين هستهاي براي پايدار شدن، آنقدر با دفع كردن ذره واپاشي ميكند تا به حالتي پايدار برسد. اگر در اين فرايند، تعداد پروتونها (عدد اتمي) تعيير كند، هسته از عنصري به عنصر ديگر تبديل مي شود.
برخي ايزوتوپهاي راديواكتيو به تندي واپاشي ميكنند در حاليكه واپاشي ساير ايزوتوپها به كندي انجام ميشود. فيزيكدانها ترجيح ميدهند كه سرعت واپاشي را با نيمه عمر ايزوتوپ بيان كنند. نيمه عمر هر ايزوتوپ مدت زماني است كه نيمي از هستههاي آن واپاشي ميكنند. مثلاً نيمه عمر اورانيوم 238 برابر با چهار و نيم ميليارد سال است. يعني اگر در ابتدا يك كيلوگرم اورانيوم 238 داشته باشيم، پس از گذشت چهار و نيم ميليارد سال فقط نيمكيلوگرم از آن باقي ميماند. نيم كيلوگرم بقيه به عناصري ديگر تبديل ميشوند. اگر يك نيمه عمر ديگر يعني روي هم 9 ميليارد سال بگذرد، فقط يك چهارم (نيمي از نيمهي مقدار اول) از اورانيوم 238 باقي ميماند.
از جمله روش هاي مهم تعيين سن مطلق به روش راديومتري عبارتند از :
۱- روش آرگون – پتاسيوم
۲- روش روبيديوم – استرانسيوم
۳- روش اورانيوم – سرب
۴- روش كربن – نيتروژن ( براي تعيين سن هاي كوتاه مدت )
براي اينكه ببينيد زمين شناسان چگونه سن سنگهارا تشخيص ميدهند، واپاشي آرام عنصر راديواكتيو روبيديوم 87 (با عدد اتمي 37) به استرونتيووم 87 (با عدد اتمي 38) را در نظر بگيريد. طي اين واپاشي، يك نوترون به پروتون تبديل ميشود. در اين فرايند، يك الكترون ازهسته دفع ميشود. پس از گذشت سالها، مقدار روبيديوم در سنگ كاهش مييابد و مقدار استرونتيوم بيشتر ميشود. از آنجايي كه ايزوتوپ استرونتيوم در اثر واپاشي راديواكتيو در سنگ به وجود آمده است، به آن پرتوزاد ميگويند. نكته مهم اين است كه سن سنگ را صرفاً با اندازهگيري نسبت روبيديوم به استرونتيوم موجود در آن به دست نميآيد زيرا خود سنگ در هنگام شكلگيرياش مقداري استرونتيوم داشته است. بنابراين زمينشناسان بايد ببينند چه مقدار از استرونتيوم موجود در سنگ از واپاشي روبيديوم پس از شكلگيري سنگ به وجود آمده است.
زمينشناسان براي انجام اين كار از يكي ديگرا ز ايزوتوپهاي استرونتيوم 86 كه مقدارش ثابت باقي ميماند و واپاشي راديواكتيو ندارد به عنوان مرجع استفاده ميكنند. اين ايزوتوپ را ناپرتوزاد مينامند. بنابراين براي مشخص كردن سن هر سنگ لازم است كه نسبت استرونتيوم پرتوزاد يعني 87 به استرونتيوم ناپرتوزاد يعني 86 را در آن سنگ با نسبت عنصر راديواكتيو روبيديوم و استرونتيوم ناپرتوزاد مقايسه كنيم. از آنجايي كه نيمه عمر تبديل شدن روبيديوم به استرونتيوم 86 (ناپرتوزاد) معلوم است، سن سنگ را ميتوان از روي اين نسبتها محاسبه كرد.
توجه شود نيمه عمر تبديل روبيديوم 87 به استرونتيوم 87، چهل و هفت ميليارد سال است كه گسترهي سن تشخيصپذير آن بين ده تا چهارميليارد و پانصد و شصت ميليون 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 3 میلیون سال است. ايزوتوپهاي راديواكتيو در هر جاي عالم كه باشند، با نيمه عمر يكساي واپاشي ميكنند. پس دانشمندان از همين شيوه براي مشخص كردن سن سنگهاي ماه و شهابسنگها استفاده ميكنند.
نویسنده: اسماعیل جوکار/ سایت علمی بیگ بنگ
منبع: كتاب شناخت عالم و صفحات مختلف اينترنت
اطلاعات بیشتر: talkorigins ,Radiometric dating
برای اندازه گیری سنشهاب سنگی با عمر کمتر از 5000سال از برخورد بهترین عنصر وبهترینروش کداماست؟
سوال: از کجا می فهمن که نسبت Sr87/Sr86 در لحظه تشکیل کانی چقدر بوده است؟