Trochę o datowaniu radiometrycznym

 

Copyright © 2005 David Monniaux

Według zwolenników hipotezy młodej ziemi (kreacjonistów) datowanie radiometryczne jest niedokładne i nie może potwierdzać epok liczących miliony - miliardy lat (1). Dodatkowo twierdzą oni, że sedymentologia i stratygrafia to pseudonauki i nie mają potwierdzenia w rzeczywistości (2). Czy mają oni rację?

Z jednej strony tak, z drugiej niekoniecznie. Pojedynczy pomiar jest obciążony błędem oraz niepewnością, ale z tym radzi sobie statystyka. Zanieczyszczenie próbki i powtarzalność pomiaru da się więc w zadowalającym stopniu zweryfikować.
W datowaniu radiometrycznym wieku skał zakłada się, że nie zostały one zanieczyszczone danym radionuklidem. Weryfikuje się to poprzez pomiary różnych próbek danej skały, których wiek jest szacowany w podobnym przedziale. Jeśli różne próbki dają różne wyniki widma masowego dla mas szukanych izotopów to coś jest nie tak i bada się je dalej lub jeśli próbka niezgodna z ogólną tendencją jest statystycznie nieistotna odrzuca się ją z dalszych analiz (3).

Datowania węglem-14 nie używa się do przewidywania wieku starych próbek, ponieważ jego czas połowicznego rozpadu wynosi zaledwie 5730 lat i w przypadku próbki mającej np. 100 tysięcy lat jego ilość byłaby tak mała i obarczona tak dużym błędem, że nie dałoby się oszacować jej wieku (4).

Do datowania naprawdę starych próbek stosuje się np. datowanie uranowo-ołowiowe (5) - czas rozpadu uranu-238 do ołowiu-206 zajmuje ok. 4,5 miliarda lat a uranu-235 do ołowiu-207 - 700 milionów lat. 

schemat przejścia uranu-235 do ołowiu-207
Źródło: https://evolution.berkeley.edu/evolibrary/article/radioisotopic_dating

Datowanie rubidowo-strontowe (6) mierzy czas między rozpadami rubidu-87 do strontu-87, które zajmują ok. 50 miliardów lat.

Rozpad beta rubidu-87 do strontu-87
Źródło: https://www.slideshare.net/avnikashyap/the-rubidium-strontium-dating

W szacowaniu wieku skorupy ziemskiej potrzeba jeszcze innych metod datowania, np. datowanie samarowo-neodymowe (7), gdzie rozpad samaru-147 do neodymu-143 zajmuje ok. 106 miliardów lat, co jest czasem 7,67 raza dłuższym od szacowanego wieku wszechświata.

rozpad samaru-147 do neodymu-143
Źródło: https://nucwik.com/From_WikiSpaces/mainSpace/Samarium-Neodynium.html

Oprócz czasu poszczególne metody mają zastosowanie do różnych rodzajów skał, np. datowanie uranowo-torowe (8) jest używane do szacowania wieku węglanu wapnia w naciekach jaskiniowych i szkieletach koralowców, a uranowo-uranowe (13) w morskich skalach węglanowych.

szereg promieniotwórczy uranu, zawierający rozpady uran-238 - uran-234 oraz uran-234-ołów-206 
Źródło: https://isobarscience.com/u-th_dating/

Datowanie potasowo-argonowe (9) w mikach, skaleniach i hornblendach; potasowo-wapniowe (10)(11) w lepidoliatch, skaleniach, późnych muskowitach i biotytach obecnych w składzie pegmatytów, a także skał ubogich w cyrkon i metamorficznych; rubidowo-strontowe (6) w próbkach z Księżyca, skałach magmowych i metamorficznych, a samarowo-neodymowe (7) w analizie wieku skorupy ziemskiej i meteorytów.

Rozpad promieniotwórczy potasu-19 do wapnia-20 i potasu-19 do argonu-18
Źródło: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Nuclear/KAr.html

Aby ocenić wiek materiału pochodzącego ze źródeł biologicznych stosuje się powyższe metody, ale zazwyczaj nie bada się nimi samej próbki biologicznej, lecz skały ją otaczające lub w przypadku wapieni wapienie, które są skałą powstałą z pancerzyków mięczaków i innych zawierających duże ilości wapnia zwierząt.

Przy pomocy datowania radiowęglowego nie da się oszacować wieku wszechświata ani nawet skamielin starszych niż 60 000 lat. Dzieje się tak ponieważ węgiel-14 powstaje z azotu-14 w atmosferze w wyniku promieniowania słonecznego. Organizmy przez całe życie pochłaniają go najpierw jako dwutlenek węgla, a potem jako cząstki organiczne. Po śmierci nie mogą go pochłaniać, więc C-14 może jedynie w wyniku rozpadów beta zmieniać się z powrotem w azot-14 (1).

Rozpad beta węgla-14 do azotu-14 
źródło: https://www.radiation-dosimetry.org/what-is-radiometric-dating-radioactive-dating-definition/

Samego datowania dokonuje się po pomiarze spektrometrycznym przy pomocy równania wieku:

D* = Do + N(t) (e^λt − 1)

gdzie: D* - liczba atomów izotopu córki w próbce, Do - liczba atomów izotopu córki w pierwotnej skale, N(t) - liczba atomów izotopu matki w funkcji czasu No^(-λt), gdzie No to pierwotna liczba atomów izotopu matki, λ - to stała rozpadu, a t - czas, który upłynął od pojawienia się radionuklidu w skale do momentu pomiaru (12).

ŹRÓDŁA:

1. https://ncse.ngo/answers-creationist-attacks-carbon-14-dating
2. https://www.pch24.pl/fikcja-wielu-milionow-lat-,30330,pch.html
3. Aitken, M.J. (25 February 2014). Science-Based Dating in Archaeology. Routledge. p. 124. ISBN 978-1-317-87149-1.
4. Reimer Paula J, et al. (2004). "INTCAL04 Terrestrial Radiocarbon Age Calibration, 0–26 Cal Kyr BP". Radiocarbon. 46 (3): 1029–1058. doi:10.1017/S0033822200032999.
5. Schoene, Blair (2014). "U–Th–Pb Geochronology" (PDF). Princeton University, Princeton, NJ, USA. Retrieved 7 January 2018.
6. Bowen, Robert (1994), Bowen, Robert (ed.), "Rubidium-Strontium Dating", Isotopes in the Earth Sciences, Springer Netherlands, pp. 162–200, doi:10.1007/978-94-009-2611-0_4, ISBN 978-94-009-2611-0
7. McCulloch, M. T.; Wasserburg, G. J. (1978). "Sm-Nd and Rb-Sr Chronology of Continental Crust Formation". Science. 200 (4345): 1003–11. Bibcode:1978Sci...200.1003M. doi:10.1126/science.200.4345.1003. PMID 17740673.
8. Davis, Owen (Spring 2005). "Uranium-Thorium Dating". Biogeography ECOLOGY 438/538. Department of Geosciences, University of Arizona. Retrieved 24 October 2015.
9. McDougall, I.; Harrison, T. M. (1999). Geochronology and thermochronology by the 40Ar/39Ar method. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-510920-7.
10. Ahrens., L.H. The feasibility of a calcium method for the determination of geological age. Geochim. Cosmochim. Acta, 1 (1951), pp. 312–316.
11. Marshall, B.D., and DePaolo D.J., Precise age determinations and petrogenetic studies using the K-Ca method. Geochim. Cosmochim. Acta, 46 (1982), pp. 2537–2545.
12. White, W. M. (2003). "Basics of Radioactive Isotope Geochemistry" (PDF). Cornell University.
13. Walker, Mike (2013). "Uranium-series dating". Quaternary dating methods. Hoboken, N.J.: Wiley. pp. 66–74. ISBN 9781118700099.