געאכראנאלאגיע מעטאד אין באשטימען דעם עלטער פון דער ערד
געאכראנאלאגיע איז א צווייג פון ערד וויסנשאפט וואס שטודירט די דאטירונג פון געאלאגישע מאטעריאלן און די סעקווענץ פון געשעענישן וואס האבן געפארמט די ערד. דורך געאכראנאלאגיע קענען וויסנשאפטלער ענטפערן פונדאמענטאלע פראגעס: ווי אלט די ערד איז, ווען געוויסע שטיינער האבן זיך געשאפן, און ווי די פלאנעט'ס געשיכטע אנטוויקלט זיך איבער צייט. באשטימען די ערד'ס עלטער ווערט נישט געטאן דורך פשוט "צוריקציילן" פון איין געשעעניש, נאר דורך א קאמבינאציע פון פילע קעגנצייַטיק פארשטארקנדיקע מעטאדן - הויפטזעכלעך ראדיאמעטרישע דאטירונג, סטראטיגראפיע, און פאסיל קארעלאציע. איצט ווערט די ערד'ס עלטער ברייט אנגענומען צו זיין בערך 4,54 ביליאן יאר, א רעזולטאט פון א קאנסענסוס פון געאכעמישע און אסטראנאמישע באווייזן.
גרונטלעכע יסודות פון געאכראנאלאגיע
בכלל, געאכראנאלאגישע מעטאדן ווערן צעטיילט אין צוויי הויפט גרופעס: רעלאטיווע דאטירן און אבסאלוטע דאטירן. רעלאטיווע דאטירן גיט נישט קיין עלטער אין יארן, נאר באשטימט די סעקווענץ פון געשעענישן - וועלכע איז עלטער און וועלכע איז יינגער. ביישפילן שליסן איין דעם פרינציפ פון סופערפאזיציע (נידעריגע סעדימענטארע שיכטן זענען געווענליך עלטער), די אפשניידונג באציאונג (א מאגמא איינדרינגונג וואס שניידט דורך עלטערע שיכטן איז יינגער), און אומקאנפארמאטיטעטן, וואס ווייזן אויף "פארלוירענע צייט" צוליב עראזיע אדער מאנגל אין אפזעצונג.
אין קאנטראסט, אבסאלוטע דאטירונג (מער גענוי נומערישע דאטירונג) גיט אן עלטער שאצונג אין נומערן, למשל "דער שטיין איז 250 מיליאן יאר אלט." די מערסט פארלעסלעכע נומערישע מעטאד פאר זייער אלטע עלטער איז ראדיאמעטרישע דאטירונג, באזירט אויף דעם פארפויל פון ראדיאאקטיווע עלעמענטן אין טאכטער עלעמענטן מיט א פארזעבארן ראטע.
פּרינציפּן פון ראַדיאָמעטרישער דייטינג
ראַדיאָמעטרישע דאַטירונג אַרבעט ווײַל געוויסע אַטאָמען זענען נישט סטאַביל און פאַרפאַלן נאַטירלעך אין אַנדערע אַטאָמען. די ראַטע פון דעם פאַרפאַל ווערט אויסגעדריקט אין טערמינען פון האַלב-לעבן, וואָס איז די צײַט וואָס איז נויטיק פֿאַר העלפט פון די עלטערן אַטאָמען צו ווערן טאָכטער אַטאָמען. ווײַל האַלב-לעבן איז אַ קאָנסטאַנטע פיזישע אייגנשאַפט אונטער נאַטירלעכע באַדינגונגען, קען מען נוצן דעם פאַרהעלטעניש פון עלטערן און טאָכטער עלעמענטן אין אַ מינעראַל צו רעכענען זײַן עלטער פֿון דעם מאָמענט וואָס דער מינעראַל "פאַרשפּאַרט" זײַן סיסטעם (פאַרמאַכן), דאָס הייסט, ווען דער מינעראַל קילט זיך אָפּ און די עלטערן און טאָכטער עלעמענטן רירן זיך מער נישט גרינג אַרײַן און אַרויס.
אבער, ס'איז וויכטיג צו פארשטיין אז ראדיאמעטרישע דאטירונג באשטימט טיפיש דעם עלטער פון מינעראל פארמאציע אדער קילונג, נישט פשוט דעם עלטער פון דעם "שטיין" אין יעדן קאנטעקסט. למשל, מעטאמאָרפֿישע שטיינער קענען ווייזן דעם עלטער פון מעטאמאָרפֿיזם, בשעת סעדימענטן אנטהאלטן אָפט מינעראל קערלעך עלטער ווי זייער צייט פון דעפּאָזיציע.
אוראניום-בלייַ (U-Pb) מעטאָד: דער זייל פון אוראַלט עלטער באַשטימונג
איינע פון די וויכטיגסטע מעטאָדן פֿאַר אַלטע שטיינער איז די אוראַניום-בלייַ (U-Pb) מעטאָדע, וואָס ווערט געוויינטלעך אָנגעווענדט אויף דעם מינעראַל צירקאָן (ZrSiO₄). צירקאָן איז זייער נוצלעך ווייל:
1. קען איינארבעטן אוראניום אין זיין קריסטאל סטרוקטור ווען עס ווערט געשאפן.
2. אָפּוואַרפט בליי (Pb) בעת קריסטאַליזאַציע, אַזוי אַז דער Pb וואָס ווערט געמאָסטן איז בכלל דער רעזולטאַט פון פאַרפוילן.
3. קעגנשטעליק צו וועטער און מעטאַמאָרפיזם, אַזוי עס קען אויפֿהיטן זייער אַלטע "רעקאָרדס פון צייט".
אין דער U–Pb סיסטעם, זענען דא צוויי הויפט פארפויל קייטן: U-238 ביז Pb-206 און U-235 ביז Pb-207. מיט צוויי "זייגערס" אין דער זעלבער צייט, ערלויבט די מעטאָדע אינערלעכע קראָס-טשעקינג. מאָדערנע אַנאַליזן נוצן טעכניקן ווי LA-ICP-MS אדער SIMS, וואָס קענען מעסטן עלטער אויף דער מיקראָן וואָג, און דערמעגלעכן באַזונדערע צירקאָן וואוקס זאָנעס צו צושטעלן אינפֿאָרמאַציע וועגן איבערגעחזרטע געאָלאָגישע געשעענישן.
U–Pb איז קריטיש אין שאצן דעם עלטער פון דער ערד ווייל עס קען דאטירן די עלטסטע שטיינער אויף דער ערד און, נאך וויכטיגער, דאטירן אויסערערדישע מאטעריאלן ווי מעטעאריטן וואס האבן זיך געשאפן אין דער פריער זונ-סיסטעם.
קאַליום-אַרגאָן (K–Ar) און אַרגאָן–אַרגאָן (Ar–Ar) מעטאָדן
די קאַליום-אַרגאָן (K–Ar) מעטאָדע ניצט דעם צעפאַל פון K-40 צו Ar-40. ווײַל אַרגאָן איז אַ גאַז, ווערט עס נישט גרינג "אויפגעהיט" אין הייסע, נײַ-געשאַפֿענע מינעראַלן. ווען דער שטיין קילט זיך אָפּ, הייבט דער אַרגאָן אָן צו ווערן פֿאַרשפּאַרט אין דער מינעראַל-גיטער. דאָס מאַכט K–Ar נוצלעך פֿאַר דאַטירן וואולקאַנישע און מעטאַמאָרפֿישע שטיינער.
א מער סאָפיסטיקירטע וואַריאַציע, אַרגאָן-אַרגאָן (Ar–Ar), מעסט דעם אַרגאָן איזאָטאָפּ פאַרהעלטעניש ניצנדיק נעיטראָן באַשטראַלונג, אָפט צושטעלנדיק גרעסערע פּינקטלעכקייט און דערמעגלעכנדיג שריט-פֿאַר-שריט אַנאַליז. די טעכניק איז באַזונדער נוצלעך צו פֿאַרשטיין צי אַ שטיין האָט דורכגעמאַכט ווידער-אויפֿהיצונג וואָס "ריסעט" זײַן ראַדיאָמעטרישן זייגער.
רובידיום–סטראָנטיום (Rb–Sr) און סאַמעריום–נעאָדימיום (Sm–Nd)
די Rb–Sr מעטאָדע ניצט דעם צעפאַל פון Rb-87 צו Sr-87. די טעכניק ווערט אָפט גענוצט פֿאַר איגניאָוס און מעטאַמאָרפֿישע שטיינער, ספּעציעל מיטן איזאָכראָן צוגאַנג, אַ מעטאָדע וואָס רעדוצירט די נויטווענדיקייט פֿאַר הנחות וועגן דער ערשטער קאָמפּאָזיציע פֿון די טאָכטער עלעמענטן.
דערווייל, Sm–Nd (Sm-147 צעפאַלט צו Nd-143) איז באַקאַנט צו זיין מער קעגנשטעליק צו מעטאַמאָרפֿישע ענדערונגען, מאַכנדיג עס נוצלעך פֿאַר שטודירן די עוואָלוציע פֿון דער ערד'ס קרוסט און מאַנטל. אין דערצו צו צושטעלן עלטער, העלפֿט די Sm–Nd סיסטעם אויך אינטערפּרעטירן מאַגמאַ קוועלער און דער ערד'ס דיפערענציאַציע געשיכטע, ווייל נעאָדימיום קען זיין אַ מאַרקער פֿון דער פֿאָרמירונג פֿון קאָנטינענטאַלער קרוסט פֿון דער מאַנטל.
רעלאַטיווע דייטינג: סטראַטיגראַפֿיע און אינדעקס פֿאָסילן
כאָטש באַשטימען די ערד'ס עלטער איז שטאַרק אָפענגיק אויף ראַדיאָמעטרישע מעטאָדן, פארלאנגט געאָכראָנאָלאָגיע אויך אַ סטראַטיגראַפֿישע ראַם. סעדאַמענטאַרישע שטיין שיכטן איבער דער וועלט קענען זיין קאָרעלירט מיט ליטאָלאָגישע קעראַקטעריסטיקס, דעפּאָזישאַנאַל פּאַטערנז און פאָסילן.
אינדעקס פאסילן—פאסילן פון ארגאניזמען וואס האבן געלעבט פאר א רעלאטיוו קורצע צייט אבער זענען געווען ברייט פארשפרייט—ערלויבן קארעלאציעס צווישן ראיאנען. אויף דעם אופן קענען געאלאגן קאנסטרואירן א געאלאגישע צייט-וואג (למשל, יוראסיק, קרעטאציש, פאלעאגענע), און דערנאך "פארשליסן" יענע רעלאטיווע וואג מיט די אבסאלוטע צאל וואולקאנישע שיכטן אינטערקאלירט צווישן די סעדימענטן (למשל, וואולקאנישע אש וואס קען דאטירט ווערן מיט U–Pb אדער Ar–Ar).
ווי ווערט דער עלטער פון דער ערד באשטימט?
די פראגע פון דער ערד'ס עלטער קען נישט געענטפערט ווערן נאר פון די עלטסטע שטיינער אויף דער ייבערפלאך, ווייל די ערד'ס קראסט ווערט כסדר ריסייקאַלד דורך פּלאַטן טעקטאָניק: אָקעאַנישע קראסט ווערט סאַבדוקטירט, קאָנטינענטאַלע קראסט ווערט מעטאַמאָרפֿאָזירט, און נייע מאַגמאַ ווערט געשאַפֿן. דעריבער, נוצן וויסנשאַפֿטלער עטלעכע צוגאַנגען:
1. די עלטסטע שטיינער אויף דער ערד: זייער אלטע שטיינער געפינען זיך אין עטלעכע קראַטאָנס (סטאַבילע טיילן פון קאָנטינענטן), ווי קאַנאַדע, גרינלאַנד, אויסטראַליע און דרום אפריקע. צירקאָן מינעראַלן פון מערב אויסטראַליע, למשל, זענען דאַטירט געוואָרן צו איבער 4 ביליאָן יאָר אַלט, וואָס ווײַזט אָן אַז די פריע קרוסט האָט זיך געפאָרמט זייער פרי.
2. מעטעאָריטן און מאַטעריאַל פֿון דער פֿריער זון־סיסטעם: ווײַל מעטעאָריטן ווערן באַטראַכט ווי רעשטלעך פֿון דער פֿאָרמאַציע פֿון דער זון־סיסטעם, גיט זייער עלטער אַ באַגרענעצונג אויף דעם עלטער פֿון דער ערד־פֿאָרמאַציע. U–Pb דאַטירונג פֿון מעטעאָריטן (ספּעציעל טשאָנדריטן) גיט אַ ציפֿער פֿון בערך 4,56 ביליאָן יאָר. די ערד האָט זיך געפֿאָרעמט זייער פֿרי, בעת דער זעלבער צײַט־פּעריאָדע, אַזוי איז די ציפֿער די הויפּט־רעפֿערענץ.
3. לבנה מוסטערן: לבנה שטיינער פון די אפאלא מיסיעס העלפן אויך אויפשטעלן א פריע כראנאלאגיע. פארגלייכן פון די עלטער פון די לבנה און ערד שטיצן די געדאנק אז ביידע האבן זיך געשאפן אין די פריע שטאפלען פון די זונ סיסטעם, אריינגערעכנט די גרויסע אימפאקט געשעעניש וואס מען גלויבט האט געשאפן די לבנה.
קאמבינירנדיג די באווייזן, קומט די וויסנשאפטלעכע געמיינדע צום אויספיר אז די ערד איז בערך 4,54 ביליאן יאר אלט (מיט קליינע אומזיכערהייטן), נישט באזירט אויף אן איינציקן מוסטער, נאר אויף דער קאנסיסטענץ פון פילע איזאטאפישע סיסטעמען און פילע טיפן מאטעריאלן.
טשאַלאַנדזשיז און וועריפיקאַציע
אין פּראַקטיק, ראַדיאָמעטרישע דייטינג שטייט פאר שוועריקייטן ווי:
– אפענע סיסטעם: עלטערן אדער קינד עלעמענטן קענען אריינגיין און ארויסגיין צוליב וועטערונג, מעטאמאָרפיזם, אדער הידראָטהערמאַלע פלוידס.
– איבערשטעלן: ווידערהייצן קען "איבערשטעלן" די איזאָטאָפּישע זייגער.
– קאָנטאַמינאַציע: אַ געמיש פון אַלטע און יונגע מינעראַלע אין איין מוסטער קען פֿאַרדעקן די רעזולטאַטן.
דעריבער, מאָדערנע געאכראנאלאגיע פארלאזט זיך אויף קראָס-וועריפיקאַציע: ניצן קייפל מינעראַלן, קייפל איזאָטאָפּישע מעטאָדן, און אַ קלאָרן געאָלאָגישן קאָנטעקסט. מיקראָאַנאַליז פון צירקאָנס, די איזאָכראָן מעטאָד, און די קאָמבינאַציע פון פּעטראָלאָגישע און סטראַטיגראַפֿישע דאַטן פארשטארקן ווייטער דייטינג רעזולטאַטן.
קלאָוזינג
געאכראנאלאגישע מעטאדן זענען שליסל צו פארשטיין די ערד'ס עלטער און לאנגע געשיכטע. רעלאטיווע דאטירן גיט א סעקווענץ פון געשעענישן, בשעת ראדיאמעטרישע דאטירן גיט גענויע עלטער. די U–Pb סיסטעם פאר צירקאן, K–Ar/Ar–Ar פאר וואולקאנישע מינעראלן, און Rb–Sr און Sm–Nd פאר איגניעסע–מעטאמאָרפֿישע שטיינער צושטעלן די יסוד פארן באשטימען אלטע עלטער. ווען די רעזולטאטן פון די מעטאדן ווערן פארגליכן מיט מעטעאריטן און לונארע מוסטערן, קומט ארויס א קאנסיסטענט בילד אז די ערד איז בערך 4,54 ביליאן יאר אלט. אזוי, געאכראנאלאגיע איז נישט פשוט א געצייג פאר "מעסטן צייט," נאר א וויסנשאפטלעכע פענצטער אין דער געשיכטע פון דער פלאנעט'ס גאר קאמפליצירטער עוואלוציע, פון זיין ערשטע פארמאציע ביז די באדינגונגען וואס האבן ערלויבט לעבן צו אנטוויקלען.
