سلام بر شما
سلام بر شما که اینقدر خوبید . 
قالب وبلاگ

انواع روش های تعیین سن

 

1) تعیین سن به روش کربن 14

2) تعیین سن به روش پتاسیم– آرگن

3) تعیین سن به روش  روبیدیم _ استرانسیوم

4) تعیین سن به روش  اورانیم ، سرب و توریم ، سرب

5) تعیین سن با استفاده از ایزوتوپهای 230Th و 231Pa  

6) تعیین سن به روش فلوئور

7) تعیین سن به روش آمینو اسیدها

 

 

تعیین سن به روش کربن 14

 

امکان استفاده از اتم برای اندازه گیری دورانهای زمین شناسی ابتدا به وسیله گروه پیشتازان علوم هسته ای، ماری و پیرکوری تشخیص داده شد. کار از جایی شروع شد که آنها پی بردند که برخی از اتمها رادیواکتیو هستند و خود به خود از طریق خاصیت کاهش تدریجی رادیواکتیو با یک میزان ثابت و منظم تبدیل به اتم عنصر دیگر میشوند. 

 

آنها چنین استدلال کردند که اگر مقدار مشخص از عنصری تبدیل به عنصر دیگر شود و عوامل خارجی مثل گرما، رطوبت و ...در آن تأثیر نداشته باشد، این امکان وجود دارد که مدت زمان تحمل جسم را بتوان محاسبه نمود. این کشف اساس استفاده از ساعتهای اتمی است. در واقع نیمه عمر عناصر رادیواکتیو اساس "ساعت اتمی" را تشکیل می دهد. 

 

اگر مقدار معینی از عنصر رادیواکیتو یک نیمه عمر خود را طی کرده باشد فقط نصف تعداد هسته های خود را خواهد داشت و نصف دیگر آن به هسته های عنصر دیگر واپاشی کرده است. جدول زیر نشان می دهد که پس از گذشت زمان چه مقدار از عناصر ماده اولیه باقی مانده است. ( اگر نیمه عمر ماده را T بگیریم)

مقدار ماده باقی مانده از عنصر اولیه

زمان طی شده

۲/۱

۴/۱

۸/۱

1۶/1

۳۲/۱

۶۴/۱

1۲۸/1

T

2T

3T

4T

5T

6T

7T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

با مشخص کردن اینکه چه مقدار از هسته ای رادیواکتیو باقی مانده است متوجه میشویم که چند نیمه عمر ماده سپری شده و چون نیمه عمر عناصر را میدانیم به راحتی میتوانیم سن نمونه را محاسبه نماییم.  به کمک زمان سنجی 14C طول عمر اجسام را تا 60000 سال می توان تعیین کرد. نیمه عمر 14C در حدود 5760 سال است و در رسوباتی که بیش از 40000 سال عمر داشته باشند تمامی 14C  به 14N تبدیل گشته و لذا 14C کلا از بین رفته و ناپدید شده است. لذا این متد اغلب در باستان شناسی و تعیین سن رسوبات عهد حاضر بکار می‌رود.  زمانی که نوترونهای پرتوهای کیهانی در اتمسفر با نیتروژن های 14 برخورد میکنند. به طور مداوم 14C تولید میشود. . 14C  با اکسیژن هوا ترکیب و به گاز کربنیک تبدیل و جذب گیاه شده و در ترکیبات بدن موجود زنده ذخیره می‌گردد. به این ترتیب 14C در تمام موجودات زنده راه پیدا می کند. پس قسمتی از همه کربن های موجود در بدن موجودات زنده   14Cاست که نسبت تمرکز آن هم مقدار ثابتی است. چون کربن ذخیره شده در بدن موجودات زنده خاصیت رادیواکتیو داشته و ناپایدار است، پس از مرگ موجود زنده به تدریج تجزیه می‌گردد.   14C با  مرور  زمان واپاشی کرده و تبدیل به عناصر دیگر میشود. زمانی که یک موجود زنده می میرد و یا گیاهی خشک میشود، دیگر 14C جدیدی به طبیعت اضافه نمیشود اما 14C های قدیمی شروع به واپاشی میکنند.

برای اندازه گیری بقایای  14Cموجود در یک تکه چوب میتوان آن را تجزیه نمود و عمرش را با دقت خوبی تعیین کرد. این امر، زمان شکسته شدن یا بریده شدن تکه چوب از درخت را مشخص میکند. برای جدا کردن 14C از دیگر عناصر، چوب را می سوزانند تا به صورت گاز متان یا اتان دربیاید گاز حاصل را که دارای 14C  است به مدت یک ماه درون یک محفظه نگه می دارند در این مدت ترکیبات اورانیوم که ممکن است باعث اندازه گیری غیر واقعی عمر شوند واپاشیده شده و مقدارشان به حداقل می رسد. سپس بوسیله دستگاهی میزان تشعشع اتم های 14C موجود در نمونه را بررسی میکنند. و به این ترتیب عمر نمونه را مشخص میکنند. با وجود همه امتیازاتی که زمان سنجی 14C  داراست محدودیت هایی نیز دارد. همانطور که گفته شد 14C نیمه عمر نسبتاً کوتاهی دارد و فقط جهت تعیین طول عمرهایی تا 60 هزار سال قبل مفید است. برای عمرسنجی موارد قدیمیتر باید از دیگر عناصر رادیواکتیو که نیمه عمر بیشتری دارند استفاده کرد. که البته اساس کار این زمان سنجی ها هم کاملاً مشابه 14C  است.

 

به غیر از کربن 14 عناصر دیگری نیز در زمان سنجی بکار می روند که عبارتند از: اورانیوم 238 ( 7238) که پس از چندمین مرحله واپاشی به سرب 206 (Pb206) تبدیل میشود. اورانیوم 235 (7235) که به سرب 207 (pb207) توریوم 232 که سرب 208 و پتاسیم 40 که به آرگون 40 تبدیل میشود.

 

تعیین سن به روش پتاسیم– آرگن

سنگها و یا کانیهایی را که حاوی پتاسیم بوده و قابلیت نگهداری گاز آرگون آنها نسبتا خوب باشد میتوان به روش پتاسیم– آرگن تعیین سن نمود. پتاسیم عنصری است آلکالی و از نظر فراوانی در پوسته زمین هشتمین عنصر محسوب می گردد. و آرگون عنصری است که در طبیعت به حالت گاز یافت میشود. در اثر تشعشع رادیواکتیو پتاسیم به آرگون تبدیل می‌شود. 

این روش بیشتر برای تعیین سن سنگهای پوسته مناسب است و باید سنگ یا کانی گاز آرگون خود را از دست نداده باشد و یا دگرگون نشده باشد. اگر کانی رخ کامل یا پرتیت داشته باشد، آرگون از لابه لای آن فرار میکند. پتاسیم دارای سه ایزوتوپ 41K ، 4039K می باشد و ایزوتوپهای آرگون شامل 40Ar ، 38Ar و 36Ar میباشد. 

کانی و یا سنگی برای تعیین سن به روش K-Ar مناسب است که دارای ویژگیهای زیر باشد:

   _  میزان پتاسیم آن متناسب با سن سنگ باشد، به هر اندازه سن سنگ و یا کانی کمتر باشد باید میزان پتاسیم بیشتر باشد

   _  قابلیت نگهداری آرگون آن در حد خوبی باشد

   _  فاقد آلتراسیون و هوازرگی باشد

   _  تحت تاثیر پدیده های حرارتی قرار نگرفته باشد

   _  در صورت داشتن حفرات، توسط کانیهای ثانویه پر نشده باشد

   _  بافت دانه ریز یا شیشه ای داشته باشد 

 

سنگهایی مثل سانیدین، آنورتوکلاز، پلاژیوکلاز، لوسیت، نفلین، بیوتیت،فلوگوپیت، موسکویت، هورنبلند، گلاکونیت و دیگر سنگهای حاوی پتاسیم در این روش به کار میروند. میزان پتاسیم موجود در هر کانی تعیین کننده محدوده زمانی خواهد بود که میتوان از آن استفاده نمود. هر اندازه میزان پتاسیم در کانی بیشتر باشد نظیر سانیدین و لوسیت از آن برای سنهای جوانتر و در صورتی که پتاسیم آن پایین باشد نظیر بیوتیت برای سنهای قدیمی میتوان استفاده نمود.

ارتوکلاز و میکروکلین برای تعیین سن به روش K-Ar مناسب نیستند زیرا این دو کانی نمیتوانند آرگون تولید شده را در دمای معمولی به خوبی در خود نگه دارند و در میکروکلین پرتیت وجود دارد. سانیدین و آنورتوکلاز برای تعیین سن سنگهای آتشفشانی به کار میروند.

پلاژیوکلازهای حرارت بالا که در سنگهای آتشفشانی تشکیل میشوند آرگون را به خوبی در خود نگه میدارند لذا مناسب برای این روش هستند ولی پلاژیوکلازهای حرارت پایین که در سنگهای آذرین درونی تشکیل میشوند مناسب نیستند. زیرا کانیهای حرارت پایین نسبت به دگرگونی حساس هستند و خیلی زود آرگون را از دست میدهند. پلاژیوکلازها برای تعیین سن سنگهای آتشفشانی قدیمیتر از پلیوسن استفاده میشوند.

لوسیت و نفلین کاربرد محدودی دارند. زیرا به ندرت در سنگها دیده میشوند. بیوتیت در شرایط زمین شناسی آرگون را به خوبی در خود نگه میدارد و برای تعیین  سن سنگهای مختلف میتوان از آن استفاده کرد.

گلاکونیت تنها کانی است که به کمک آن بعضی از سنگهای رسوبی را میتوان تعیین سن نمود. و برای سنهای چند میلیون تا میلیارد سال میتوان از آن استفاده کرد.

هورنبلند برای تعیین سن سنگهای اواسط دوران سوم و قدیمتر مناست است. هورنبلند از نظر نگهداری آرگون مقاومترین کانی است لذا کانی بسیار مناسبی برای این روش است. در سنگهای آذرین درونی از اختلاف سن بین بیوتیت و هورنبلند زمان تبلور ماگما را میتوان بدست آورد.

شیشه های طبیعی نظیر ابسیدین را نیز میتوان به روش K-Ar  تعیین سن کرد. شرط اساسی جوان بودن شیشه و عدم تغییرات شیمیایی و فیزیکی آن است.

تعیین سن به روش K-Ar  بر اساس تمام سنگ انجام میشود اما در اکثر موارد سن آن کمتر از سن تعیین شده بر اساس کانیها است. این روش برای تعیین سن سنگهای آتشفشانی و گاهی دگرگونی کاربرد دارد.

 

تعیین سن به روش  روبیدیم _ استرانسیوم :

روبیدیم از گروه IA جدول تناوبی است, شعاع یونی این عنصر در حدود پتاسیم است, لذا به جای پتاسیم در ساختمان کانیهای حاوی K نظیر بیوتیت، فلوگوپیت، مسکویت، هورنبلند، ارتوکلاز، میکروکلین، سیلویت و کارنالیت جانشین میشود.

استرانسیوم از گروه IIA جدول تناوبی عناصر است و شعاع یونی آن کمی بیشتر از کلسیم است و در ساختمان کانیهای حاوی کلسیم که عدد کئوردیناسیون آن برابر 8 است جانشین میشود. نظیر پلاژیوکلاز, آپاتیت, آراگونیت, کلسیت و غیره.

روبیدیم دارای دو ایزوتوپ 87Rb و 85Rb است. 87Rb ناپایدار است و با گذشت زمان تجزیه رادیواکتیو، آن را به 87Sr  با نیمه عمری بالغ بر 47 میلیارد سال تبدیل می‌کند. و استرانسیم دارای چهار ایزوتوپ 88Sr، 87Sr، 86Sr و 84Sr است.

روش Sr _ Rb میتواند برای تعیین سن کانیهایی مانند مسکویت، بیوتیت و همه نوع فلدسپاتهای پتاسیم دار از جمله ارتوکلاز و میکروکلین که سنگهای آذرین را تشکیل میدهند، مورد استفاده قرار گیرد. اما کانی هورنبلند مناسب نیست زیرا شامل مقدار کمی روبیدیوم میباشد. در ضمن تعیین سن گلوکونیت نیز با این روش انجام شده است.

تعیین سن به روش Sr _ Rb میتواند روی نمونه های کامل سنگ بدون تجزیه شدن کانی آن انجام شود. این عمل بخصوص در مورد سنگهای دگرگونی و آذرینی که از نظر وجود فلدسپاتهای پتاسیم دار و کانیهای میکادار مانند گرانیت و گنیس غنی می باشند، صورت می گیرد. در صورتی که بقیه سنگهای آذرین و دگرگونی اغلب نامناسب هستند.

نسبت 86Sr/87Sr در سنگهای مختلف به تاریخ قبل از تبلور سنگ و بخصوص به سن و نسبت Rb/Sr ناحیه منشا آن بستگی دارد. در مورد بسیاری از سنگهای آذرین که از منابع عمیق در پوسته پایینی یا گوشته فوقانی هستند، نسبت 86Sr/87Sr از حداقل حدود 700/0 الی 715/0 تغییر میکند که برای سنگهای دگرگونی با تاریخ تبلور طولانی پوسته و نسبتهای تقریبا بالای Rb/Sr  میتواند بیشتر باشد. نسبت 86Sr/87Sr که عموما به عنوان نسبت ایزوتوپ استرونسییم اولیه یاد میشود، یک پارامتر مهم برای مطالعه ناحیه اصلی سنگهای آذرین میباشد.

با این حال کاربرد روش روبیدیم کمتر از پتاسیم می‌باشد. و این روش در تعیین سن سنگهایی سودمند است که سنشان 3 میلیون سال است.

تعیین سن به روش  اورانیم ، سرب و توریم ، سرب :  

تغییر و تبدیل اورانیوم به سرب مثالی خوبی است از تبدیل یک عنصر رادیواکتیو 238U به 206Pb با داشتن نیمه عمری برابر 4.53x109 سال 235U .نیز تخریب شده و یه 207Pb با داشتن نیمه عمری برابر 73 میلیون سال و توریوم 232 به سرب207  با نیمه عمری تقریبا برابر با 13.39x109 سال تبدیل می‌گردد. این روش موفقیت آمیزترین روشی است که سن مواد دارای صد میلیون سال تا پنج میلیارد سال را مشخص می‌کند.

 

تعیین سن با استفاده از ایزوتوپهای 230Th و 231Pa  :

230Thحاصل تخریب 238U است و نیمه عمرش 75000 سال است 231Pa .یک فرآورده از سری تخریبی 235U است و نیمه عمر آن 34000 سال میباشد و این دو عنصر که در رسوبات کف دریا یافت می‌شوند، می‌توانند از طریق مغزه گیری بالا آورده شده و با مقادیر ایزوتوپیک در لایه‌های سطحی مقایسه و جهت تعیین لایه‌های رسوبی استفاده شوند.

 

تعیین سن به روش فلوئور

روشی است که گر چه قدیمی به نظر می‌رسد، ولی با توجه به اینکه مقدار فلوئور موجود در استخوانهای فسیل مهره داران با قدمت آنها رابطه مستقیم دارد، در تعیین سن زمینهای با فسیل مهره داران کواترنری بکار برده می‌شود، ولی باید دانست که افزایش مقدار فلوئور در اسکلت و استخوانهای فسیل بستگی به ماهیت شیمیایی در برگیرنده این فسیلها نیز دارد و روش چندان دقیقی به نظر نمی‌رسد.

 

تعیین سن به روش آمینو اسیدها

در این روش می‌توان با محاسبه نسبت آمینو اسیدهای D (راست گرد) به آمینو اسیدهای نوع L (چیگرد) در فسیلهای کواترنری (استخوان مهره داران و صدفها) تعیین سن نمود. در طی بررسی و مطالعات دهه 1970مشخص شد که با کاربرد عملی فرآیند آمینو اسید و راسمیزیشن (racemization) می‌توان سن بقایای اسکلتی فسیل شده را به دقت مشخص کرد. در پروتئین موجودات زنده نسبت اسیدهای آمینه نوع L صد در صد می‌باشد.

پس از مرگ جاندار طی فرآیند راسمیزیشن، آمینو اسیدهای نوع L به نوع D تبدیل میشود. نسبت نوعD  به نوع L در باقیمانده‌های اسکلتی با گذشت زمان افزایش پیدا می‌کند تا نسبت L/D برابر 1 گردد. اما بر خلاف روشهای تجزیه و تخریب رادیو متریک نسبت L/D قابل برگشت است.

بهر حال با محاسبه با این نسبت نیز می‌توان سن نمونه را تعیین کرد. در این روش مقادیر جزیی از نمونه را باید بکار گرفت. این روش در تعین فسیلهای انسانی اولیه و آثار دریایی باقیمانده از چند هزار سال اخیر کاربرد فراوانی دارد.

 

منابع :

چینه نگاری ، دکتر خسرو تهرانی

رسوب شناسی ، حرمی

زمین شناسی تاریخی ،

[ دوشنبه بیست و سوم آذر 1388 ] [ ] [ اسلامی ]
.: Weblog Themes By Pichak :.

درباره وبلاگ

سلام بر شما
به منظور ارتباط بیشتر و به روز با دانش آموزان و اولیای گرامی طراحی گردید.
از مدیریت بلاگفا سپاسگزارم.
امکانات وب