Zegar dzialający wstecz

Zegar dzialający wstecz
Dysponujemy zegarem działającym wstecz i datującym różne wydarzenia w historii Ziemi. Rolę zegara pełnią w tym wypadku pierwiastki promieniotwórcze. A dokładniej rzecz ujmując ich połowiczny okres rozpadu. Istotną cecha niektórych zawartych w minerałach pierwiastków jest tak zwana przemiana promieniotwórcza. W czasie jej trwania, a zachodzi ona podczas całego "życia" danego pierwiastka, wysyłany jest z niego pewien rodzaj promieniowania. Równocześnie dany pierwiastek zmienia się w inny. Ta iście alchemiczna przemiana nazywana jest rozpadem promieniotwórczym.

Ostatecznym produktem tego procesu są pierwiastki nie posiadające już właściwości promieniotwórczych, a zatem nie podlegające dalszej przemianie. Niestety nic nie zmienia się w złoto. Promieniotwórczy uran przechodzi ostatecznie w ołów i hel; rubid w stront, potas w argon. Rozpad zachodzi w ściśle określonym tempie i nie podlega żadnym zmianom spowodowanym zewnętrznymi warunkami. Może więc być miernikiem czasu.

Badając określony materiał, znając szybkość przemiany promieniotwórczej jakiegoś zawartego w nim pierwiastka i proporcję jego jeszcze nie zmienionej części do zawartości już powstałych produktów jego przemiany, można obliczyć ile czasu upłynęło od początku przemiany. A zazwyczaj początek ten to momentem powstania danego materiału. I tak możemy mierzyć czas do tyłu. Miarą czasu jest (w tym wypadku) okres potrzebnym dla przemiany połowy pierwotnej ilości pierwiastka. I stad nazwa połowiczny okres rozpadu. Czas ten jest bardzo różny dla różnych pierwiastków: Najtrwalszy izotop radu (226) ma okres połowicznego rozpadu 1600 lat, podczas gdy ind 115 potrzebuje do swego połowicznego rozpadu aż 6×1014 lat. Aktyn 227 rozpada się po upływie zaledwie 21,8 lat, a Ameryk 243 - ok. 7500 lat.

Zbadanie połowicznego okresu rozpadu pozwoliło na stosunkowo ściśle obliczenie czasu jaki upłynął od powstania twardej skorupy Ziemi zawierającej pierwsze minerały. W ten sposób określono wiek Ziemi na około 4 miliardy lat. Ustalanie wieku minerałów i skał tą metodą pozwoliło także na obliczenie długotrwałości poszczególnych epok geologicznych. W ten sposób różne wydarzenia w historii globu zyskały ścisłą datę, a barwna przeszłość świata, dla wielu osób wyglądająca na fantastyczną bajkę, zmieniła się w wymierną w czasie, choć minioną rzeczywistość.

Bardzo przydatny do pomiaru czasu okazał się radioaktywny węgiel C14. Jest to izotop zawierający w jądrze atomowym sześć protonów i osiem neutronów. Jego połowiczny okres rozpadu wynosi 5760 lat. Co najważniejsze zaś, radiowęgiel jest stałym towarzyszem zwykłego węgla i dlatego występuje we wszystkich organizmach żywych i ich szczątkach. W momencie śmierci danego organizmu stężenie tego izotopu w tkance zaczyna się zmniejszać i następuje radioaktywny rozpad. Można więc za jego pomocą oznaczać wiek starego drzewa, kości itp.

Za opracowanie metody datowania techniką radioaktywnego węgla Willard Libby otrzymał w 1960 roku Nagrodę Nobla. Jednak metoda ta jest wiarygodna, dopóki w próbce istnieją wystarczające ilości izotopu. Po upływie ośmiu okresów połowicznego zaniku, pozostaje tylko 0,39% pierwotnej ilości C14. Jest to zbyt mało aby pomiar był wiarygodny. Datowanie tą metodą jest wiarygodne dla obiektów liczących mniej niż 40000 lat. Po kilku latach odkryto, że czas połowicznego rozpadu tego izotopu węgla jest o około 3% większy, niż wynikałoby to z wyliczeń Libbyego. Aby nie robić zamieszania - naukowcy na całym świecie zdecydowali pozostawił poprzednie wyliczenia. Z tego wynika, że wszystkie pomiary dokonane ta metodą mają wartość zaniżoną o około 3%.