7

7. timpul geologicEvenimentele geologice prin ele nsele au o semnificaie redus, pn cnd sunt puse ntr-o perspectiv cronologic. Studiind istoria, fie vorba despre Razboiul de Independen sau despre era Dinozaurilor, este nevoie de un calendar. Printre contribuiile majore ale geologiei la cunoaterea uman, este scara timpului geologic i descoperirea faptului c istoria Pmntului este extraordinar de lung.

7.1. Necesitatea unei scri a timpului geologic

La sfritul secolului al 18-lea, James Hutton a recunoscut imensitatea istorie Pmntului i importana timpului ca un component al tuturor proceselor geologice. n secolul al 19-lea, ali cercettori au demostrat c Pmntul a trecut prin multe episoade de ridicare a munilor i eroziune, care au avut nevoie de intervale mari de timp geologic. Dei aceti pionieri ai tiinei au neles c Pmntul era foarte vechi, ei nu aveau nicio modalitate de a afla adevrata lui vrst. Era ea de zeci de milioane, sute de milioane sau chiar miliarde de ani? Fusese dezvoltat o scar a timpului geologic care prezenta succesiunea evenimentelor e baza principiilor de datare relativ. Care sunt aceste principii? Care este rolul fosilelor? Odat cu descoperirea radioactivitii i a tehnicilor de datare radioactiv, geologii pot acum s dea vrste destul de corecte multor evenimente din istoria Pmntului. Ce este radioactivitatea? De ce este ea un ceas bun pentru datarea trecutului geologic?Geologii secolului al 19-lea au neles c dovezile pentru vrsta foarte mare a Pmntului se aflau n rocile sale. Ca i paginile dintr-o carte de istorie lung i complicat, rocile nregistreaz evenimentele geologice i schimbrile formelor de via ale trecutului. Totui, cartea , nu este complet. Multe pagini, n special din primele capitole, lipsesc. Altele sunt rupte, rsturnate sau uzate. Cu toate acestea rmne suficient de mult din carte, pentru a permite descifrarea unei mari pri a povetii. nterpretarea istoriei Pmntului este un el principal al tiinei geologiei. Ca i un detectiv modern, geologul trebuie s interpreteze indiciile pe care le gsete pstrate n roci. Studiind rocile, n special rocile sedimentare, i elementele pe care le conin, geologii pot scoate la lumin complexitile trecutului.7.2. Datarea relativ - principiiGeologii care au dezvoltat scara timpului geologic au revoluionat modul n care oamenii percep i se gndesc la planeta noastr. Ai au aflat c Pmntul este mult mai vechi dect oricine i-ar fi imaginat nainte, iar suprafaa i interiorul su au fost modificate de nenumrate ori de aceleai procese geologice care opereaz i astzi. La sfritul anilor 1800 i nceputul anilor 1900, au fost fcute diferite ncercri de a determina vrsta Pmntului. Dei unele dintre metode preau promitoare, niciuna dintre ele nu s-a dovedit a fi de ncredere. Ceea ce cutau aceti ameni de tiin era o dat numeric. Astfel de date specific numrul de ani care au trecut de cnd a avut loc un eveniment. Astzi, nelegerea radioactivitii ne permite s determinm cu destul precizie date numerice pentru roci care reprezint evenimente importante din trecutul ndeprtat al Pmntului. Vom vorbi despre radioactivitate mai trziu, n acest capitol. nainte de descoperirea radioactivitii, geologii nu aveau o metod numeric de datare i trebuiau s se bazeze doar pe datarea relativ. Datarea relativ nseamn plasarea rocilor n ordinea formrii lor, prima, a doua etc. Datarea relativ nu poate s ne spun cu ct timp n urm a avut loc un eveniment, ci doar c precedat un alt eveniment i i-a urmat altuia. Tehnicile de datare relativ care au fost dezvoltate sunt valoroase i nc larg utilizate. Metodele de datare numeric nu au nlocuit aceste tehnici, ci doar le-au completat. Pentru a stabili o scar a timpului geologic, a trebuit s fie descoperite i aplicate o serie de principii de baz sau reguli. Dei ele ne par evidente astzi, ele au fost realizri majore ale gndirii acelor vremi, iar descoperirea i acceptarea lor au reprezentat un avans tiinific important. Legea superpoziiei - Nicolaus Steno, un medic danez, geolog i preot (1636-1686), este creditat ca fiind primul care a recunoscut o succesiune de evenimente istorice ntr-un afloriment de strate de roci sedimentare. Lucrnd n munii din vestul Italiei, Steno a apllicat o regul foarte simpl,care a ajuns s fie principiul cel mai de baz al datrii relative legea superpoziiei. Legea pur i simplu afirm c ntr-o succesiune nedeformat de roci sedimentare, fiecare strat este mai vechi dect cel de deasupra lui i mai nou dect cel aflat dedesubt. Dei poate prea evident c un strat de roc nu poate fi depozitat pn cnd nu are ceva mai vechi dedesubt ca suport, Steno a elaborat, n mod clar principiul, de abia n 1669. Aceast regul se aplic i altor materiale depuse la suprafa, cum ar fi curgeri de lava i strate de cenu vulcanic.

Principiul orizontalitii originale - Steno este, de asemenea, creditat cu recunoaterea importanei unui alt principiu de baz, numit princiiul orizontalitii originale. Simplu spus, nseamn c sedimentele sunt, n general, depuse n poziie original. Astfel, dac observm c stratele de roc sunt orizontale, nseamn c ele nu au fost deranjate i c au nc orizontalitatea lor original.

Principiul relaiilor de ntretiere - Cnd o falie taie alte roci sau cnd magma este intrus i cristalizeaz, putem presupune c falia sau intruziunea sunt mai tinere dect rocile afectate (vezi .ppt). Incluziuni - Uneori incluziunile pot fi ajuta procesul de datare relativ. Incluziunile sunt fragmente dintr-o unitate de roci care sunt coninute n alta. Principiul de baz este logic. Masa de roc, adiacent uneia care conine incluziuni, trebuie s fi fost acolo prima pentru a furniza fragmentele de roc. De aceea, masa de roc cu incluziuni este cea mai tnr dintre cele dou.Discordane - Cnd observm strate de roci care au fost edpuse fr ntrerupere, le numim conforme. Anumite locuri prezint strate conforme care reprezint anumite intervale de timp geologic. Totui, niciun loc de pe Pmnt nu are un set complet de strate conforme. De-a lungul istoriei Pmntului, depunerea sedimentelor a fost ntrerupt de enumrate ori. Toate aceste ntreruperi n depozitarea rocilor sunt numite discordane. O discordan reprezint un interval lung de timp n care depunerea a ncetat, eroziunea a ndeprtat rocile formate anterior, iar apoi depunerea a fost reluat. n fiecare cay, ridicarea i eroyiunea sunt urmate de subsiden i sedimentare rennoit. Discordanele sunt elemente importante, deoarece ele repreyint evenimente geologice semnificative din istoria Pmntului. n plus, recunoaterea lor ne ajut s identificm intervalele de timp care nu sunt reprezentate de strate i, astfel, lipsesc din succesiunea de roci. Rocile expuse n Marele Canyon al Rului Colorado reprezint un interval uria al istoriei geologice. Stratele colorate ale canyonului conin o lung istorie de sedimentare ntr-o varietate de medii mri care avanseaz, ruri, delte, cmpii mareice i dune de nisip. Totui, depunerea nu este continu. Discordanele reprezint intervale vaste de timp care nu au fost pstrate n stratele canyonului. Discontinuiti ungihiulare. Probabil c discontinuitile cele mai uor de recunoscut sunt discontinuitile unghiulare. Ele constau n roci sedimentare nclinate sau cutate, care au fost acoperite de strate mai mult sau mai puin orizontale. O discordan unghiular indic faptul c, n timpul unei pauze de depunere, a avut loc o perioad de deformare (cutare sau nclinare) i eroziune.

Cnd James Hutton a studiat o discordan unghiular din Scoia cu mai mult de 200 de ani n urm, pentru el a fost clar c ea reprezenta un eveniment major al activitii geologice. De asemenea, el a apreciat intervalul uria de timp implicat de asemenea relaii.

Discordane paralele. Atunci cnd sunt comparate cu discordanele unghiulare, discordanele paralele sunt mult mai comune, dar i mult mai puin evidente, deoarece stratele situate de ambele pri sunt paralele. De exemplu, dac v uitai la discordanele paralele (disconformity) din Marele Canyon, multe sunt dificil de identificat deoarece rocile situate deasupra i dedesubt sunt similare i exist puine elemente care s indice existena eroziunii. O astfel de ntrerupere seamn adesea cu un plande stratificaie obinuit. Alte discordane paralele sunt mai uor de identificat, deoarece vechea suprafa de eroziune este tiat adnc n rocile de dedesubt. Neconformiti. Al treilea tip de baz de discordane este o neconformitate. Aici, ntreruperea separ roci metamorfice i roci magmatice intrusive vechi de stratele sedimentare mai tinere. Aa cum discordanele unghiulare i paralele implic micri ale crustei, tot aceleai fenomene sunt implicate i n cazul neconformitilor. Masele magmatice intrusive i rocile metamorfice i au originea la mare adncime sub suprafa. Astfel, pentru ca o neconformitate s se dezvolte, trebuie s existe o perioad de ridicare i eroziune a rocilor acoperitoare. Odat expuse la suprafa, rocile magmatice i metamorfice sunt subiect al alterrii exogene i eroziunii nainte de subsiden i reluarea sedimentrii. Utilizarea principiilor datrii relative - Dac aplicai principiile datrii relative la seciunea geologic ipotetic din figur, putei pune n ordinea corect secvena de roci i de evenimente pe care le reprezint. n acest exemplu, se stabilete o scar a timpului geologic relativ pentru roci i evenimente din zona pentru care s-a fcut seciunea. Reinei c aceast metod nu v d nicio idee cu privire la numrul de ani din istoria Pmntului care sunt reprezentai, pentru c nu avei date numerice. i nici nu tim cum poate fi comparat acest zon cu altele. 7.3. Corelarea stratelor de roci Pentru a dezvolta o scar a timpului geologic care s fie aplicabil pentru ntreaga planet, rocile de vrste similare din regiuni diferite trebuie s fie corelate. Pe o suprafa limitat, corelarea rocilor dintr-un loc cu cele din alt loc poate fi fcutpur i simplu mergnd de-a lungul aflorimentelor. Totui, acest lucru nu este posibil atunci cnd rocile sunt, n mare msur, acoperite de sol i vegetaie. Corelarea pe distane scurte este adesea realizat prin observarea poziiei unui strat distinctiv de roci dintr-o secven de strate. Alternativ, un strt poate fi identificat ntr-un alt loc, dac este foarte format din roci sau minerale foarte distinctive sau puin comune.

Prin corelarea rocilor de la un loc la altul, este posibil obinerea unui punct de vedere mai comprehensiv cu privire la istoria geologic a regiunii. Din figur (.ppt), de exemplu se poate vedea corelarea a trei puncte din Platoul Colorado. n niciunul dintre cele trei puncte nu este prezent ntreaga secven, dar corelarea pune n eviden un tablou mai complet al succesiunilor de roci sedimentare. Multe studii geologice implic suprafee realativ mici. Astfel de studii sunt importante prin ele nsele, dar valoarea lor complet este realizat numai cnd rocile sunt corelate cu cele din alte regiuni. Dei metodele descrise sunt suficiente pentru a urmri un pachet de rocipe distane relativ scurte, ele nu sunt adecvate pentru a corela rocile care sunt separate de distane mari. Atunci cnd obiectivul este corelarea ntre zone aflate la distane mari sau ntre continente, geologii trebuie s se bazeze pe fosile. 7.4. Fosilele: dovezi ale vieii din trecutFosilele, resturi sau urme ale vieii dintrecutul geologic al Pmntului, sunt incluziuni importante din sedimente i roci sedimentare. Ele sunt mijloace importante i de baz pentru interpreatarea trecutului geologic. Studiul tiinific al fosilelor se numete paleontologie. Ea este o tiin interdisciplinar, care utilizeaz mijloace ale geologiei i ale biologiei, n ncercarea de a nelege toate aspectele succesiunii formelor de via de-a lungul unui interval uria de timp geologic. Cunoaterea naturii formelor de via care au existat la anumite momente de timp ajut cercettorii s neleag vechile condiii de mediu. n plus, fosilele sunt indicatori importani de timp i joac un rol cheie n corelarea rocilor de vrste similare, cae se afl n locuri diferite. Tipuri de fosile Fosilele sunt de multe tipuri. Resturile organismelor relativ recente ar putea s nu fie alterate de loc. Obiecte ca dini, oase i cochilii sunt exemple comune. Mai puin comune sunt animalele ntregi, inclusiv cu esuturi moi, care au fost conservate datorit unor circumstane, mai degrab, neobinuite. Resturile elefanilor preistorici numii mamui, care au fost congelai n tundra arctic din Siberia i Alaska sunt exemple de acest tip, la fel ca i resturile mumificate de lenei uriai pstrate ntr-o peter uscat din Nevada (SUA). Dac este suficient timp, resturile unui organism vor fi foarte probabil modificate. Adesea, fosilele sunt pietrificate, nsemnnd c porii i micile caviti interne ale structurii originale sunt umplute cu materie mineral precipitat. n alte cazuri, poate aprea nlocuirea. Aici, celulele pereilor i ai altor materiale solide sunt ndeprtate i nlocuite cu materie mineral.Uneori, detaliile microscopice ale structurii nlocuite sunt perfect conservate. Tiparele i mulajele sunt un alt tip comun de fosile. Cnd o cochilie sau o alt structur este ngropat n sedimente i apoi este dizolvat de apa subteran, este creat un tipar. Tiparul este o reflexie fidel doar a formei i a suprafeei care marcheaz organismul; el nu aduce nicio informaie cu privire la structura intern a acestuia. Dac aceste spaii goale sunt ulterior umplute cu materie mineral, sunt create mulaje.

Un tip de fosilizare, numit incarbonizare, este eficient n conservarea frunzelor i a formelor animale delicate. Ea are loc cnd resturile unui organism sunt prinse n sedimente fine. Pe msura trecerii timpului, presiunea elimin componentele lichide i gazoase i las n urm un reziduu fin de carbon. Argilele foioase negre, depozitate ca ml bogat n materie organic ntr-un mediu srac n oxigen, conin adesea resturi incarbonizate. Dac filmul de carbon se pierde de pe o fosil conservat n sedimente fin granulare, o copie a suprafeei, numit impresiune, poate nc prezenta detalii considerabile. Organisme delicate, cum sunt insectele, sunt dificil de conservat i, drept urmare, sunt relativ rare ca fosile. Nu numai c ele trebuie protejate de descompunere, dar ele, de asemenea, nu trebuie s fie supuse niciunei presiuni care ar putea s le zdrobeasc. O modalitate prin care unele insecte au fost pstrate este n chihlimbar, care este rina ntrit a unor copaci strvechi. Rina a izolat insecta de atmosfer i i-a protejat resturile de aciunea apei i aerului. Pe msur ce rina s-a ntrit, s-a format un nveli rezistent la presiune. Pe lng fosilele deja menionate, exist numerose alte tipuri, multe dintre ele doar urme ale formelor de via din trecut. Exemple de astfel de fosile urm sunt:

1. Urme de deplasare urmele pailor sau urme de trre fcute de animale n sedimentele moi, care apoi au fost litificate.

2. Urme de ngropare tuburi n sedimente, lemn sau roc fcute de un animal. Aceste guri au fost apoi umplute cu materie mineral i conservate. Unele dintre cele mai vechi fosile se crede c sunt urme de ngropare ale unor viermi.

3. Coprolite fecale i coninutul stomacal, care pot furniza informaii utile cu privire la obiceiurile de hrnire ale organismelor. 4. Gastrolite pietre stomacale foarte lustruite, care erau utilizate la mcinarea hranei de ctre unele reptile disprute.

Condiii care favorizeaz conservarea Doar o fraciune minuscul dintre organismele care au trit n trecutul geologic au fost pstrate ca fosile. n mod normal, resturile unui animal sau ale unei plante sunt distruse. n ce circumstane sunt ele conservate? Se pare c sunt necesare dou condiii speciale: ngroparea rapid i prezena prilor tari. Cnd un organism moare, prile sale moi sunt, de obicei, mncate rapid de ctre necrofagi sau descompuse de bacterii. Totui, ocazional, resturile sunt ngropate n sedimente. Cnd acest lucru se ntmpl, resturile sunt protejate de mediul n care opereaz procesele distructive. De aceea, ngroparea rapid favorizeaz conservarea.

n plus, animalele i plantele au o ans mult mai mare de a fi conservate ca fosile dac au pri tari. Dei exist urme i amprente ale unor animale cu corpuri moi, cum ar fi meduze viermi i insecte, ele nu sunt foarte comune. Carnea, de obicei, se descompune aa de rapid, nct conservarea este extrem de improbabil. Prile tari, cum ar fi cochilii, oase i dini predomin printre fosilele vechilor forme de via.

Deoarece conservarea este condiionat de condiii speciale, informaiile cu privire la formele de via din trecutul geologic sunt prtinitoare. Fosilele acelor organisme care au avut pri tari i care au trit n zone cu sedimentare abundent sunt destul de abundente. Cu toate acestea, vom ntlni doar ocazional informaii cu privire la nenumratele forme de via care nu au ndeplinit acele condiii speciale care favorizau conservarea. Fosilele i corelarea Existena fosilelor este cunoscut de secole, dei semnificaia lor ca mijloace geologice nu a devenit evident dect la sfrsitul anilor 1700 i nceputul anilor 1800. n aceast perioad, un inginer i constructor de canale englez, William Smith, a descoperit c fiecare unitate de roci din canalele la care a lucrat coninea fosile diferite de cele din stratelele de dedesubt sau de deasupra. Ulterior, el a observat c stratele sedimentare din zone situate la mare distan pot fi identificate i corelate cu ajutorul coninutului lor distinctiv de fosile. Pe baza observaiilor clasice ale lui Smith i a descoperirilor multor geologi care i-au urmat, a fost formulat unul dintre cele mai importante principii ale istoriei geologice: Organismele fosile se succed unul altuia ntr-o ordine definit i determinabil i, de aceea, orice perioad de timp poate fi recunoscut cu ajutorul coninutului ei n fosile. Acesta a ajuns s fie cunoscut ca principiul succesiunii fosilelor. Cu alte cuvinte, atunci cnd fosilele sunt aranjate n funcie de vrsta lor aplicnd legea superpoziiei rocilor n care au fost gsite, ele nu prezint o imagine ntmpltoare. Dimpotriv, fosilele documenteaz evoluia vieii n timp. De exemplu, Era Trilobiilor este recunoscut destul de devreme n memoria fosil a Pmntului. Apoi, n ordine, paleontologii recunosc Era Petilor, Era Mlatinilor cu Crbuni, Era Reptilelor i o Er a Mamiferelor. Aceste ere se refer la grupuri care erau, n mod special, abundente i caracteristice n anumite perioade de timp. n fiecare dintre aceste ere exist multe subdiviziuni bazate, de exemplu, pe anumite specii de trilobii sau anumite tipuri de peti, reptile i aa mai departe. Aceeai succesiune a organismelor dominante, niciodat n alt ordine, este ntlnit pe fiecare continent.

Odat ce fosilele au fost recunoscute ca indicatori de timp, ele au devenit mijloacele cele mai utile pentru corelarea rocilor de vrste similare din diferite regiuni. Geologii dau o atenie deosebit unor anumite fosile, numite fosile index. Aceste fosile su o larg rspndire geografic i sunt limitate la un interval scurt de timp geologic, astfel nct prezena lor furnizeaz o metod important de a corela roci de aceeai vrst. Unitile de roci, totui, nu conin ntotdeauna o anumit fosil index. n astfel de situaii, pentru determinarea vrstei unui strat sunt utilizate grupuri de fosile. n figur, vedei cum un grup de fosile poate fi folosit pentru a data rocile mai precis dect dac s-ar fi folosit o singur fosil. Pe lng faptul c sunt mijloace importante i, adesea, eseniale pentru corelare, fosilele sunt i indicatori importani de mediu. Dei se poate deduce destul de mult despre mediile din trecut studiind natura i caracteristicile rocilor sedimentare, o examinarea atent a oricrei fosile prezente n roc poate furniza informaii mult mai multe. De exemplu, cnd resturile cochiliilor anumitor scoici sunt gsite n calcare, geologul poate presupune c regiunea a fost cndva acoperit de o mare puin adnc, deoarece acolo triesc acele scoici astzi. De asemenea, utiliznd ceea ce tim despre organismele vii, putem trage concluzia c animalele fosile cu cochilii groase, capabile s suporte aciunea valurilor puternice, au populat zonele de rm. Spre deosebire de ele, resturile animalelor cu cochilii subiri i delicate indic, probabil, ape de larg, calme i adnci. Aadar, observnd cu atenie tipurile de fosile, poate fi identificat poziia vechilor linii de rm. De asemenea, fosilele pot indica vechile temperaturi ale apelor. Anumii corali de astzi au nevoie de mri tropicale calde i cu adncimi mici, ca acelea din estul Australiei sau din jurul Insulelor Bahamas. Cnd n vechile calcare ntlnim corali similari, ei indic faptul c medii marine asemntoare celor din Australia sau Bahamas au existat i cnd ei erau n via. Aceste exemple ilustreaz modul n care fosilele pot ajuta la descifrarea povetii complexe a istoriei Pmntului. 7.5. Datarea cu ajutorul radioactivitiiPe lng stabilirea datelor relative utiliznd principiile descrise n seciunile precedente, este, de asemenea, posibil i obinerea unor date numerice corecte pentru evenimente din trecutul geologic. De exemplu, tim c Pmntul are circa 4,6 miliarde de ani i c dinozaurii au disprut acum circa 65 de milioane de ani. Datele care sunt exprimate n milioane i miliarde de ani ne fac imaginaia s tresar, deoarece calendarele noastre implic timpul msurat n ore, sptmni i ani. Cu toate acestea, vasta ntindere a timpului geologic este o realitate, iar datarea radiometric ne permite s o msur. n aceast seciune vom afla despre radioactivitate i aplicaiile ei n datarea radiometric.Recapitularea structurii atomice de baz V amintii din Capitolul 2 c fiecare atom are un nucleu format din protoni i neutroni i c n jurul lui orbiteaz electronii.

Electronii au o sarcin electric negativ, iar protonii au o sarcin pozitiv. Un neutron este, de fapt, un proton combinat cu un electron i, de aceea, nu are sarcin electric (este neutru).Numrul atomic (numrul de identificare al fiecrui element) este numrul de protoni din nucleu. Fiecare element are un numr diferit de protoni i, astfel, un numr atomic diferit. Atomii aceluiai element au ntotdeauna acelai numr de protoni, aa nct numrul atomic rmne constant. Practic, toat masa atomului (99,9%) este n nucleu, indicnd faptul c electronii nu au mas aproape deloc. Adunnd protonii i neutronii din nucleu, determinm numrul de mas. Numrul de neutroni poate varia, iar aceste variante sau izotopi, au numere de mas diferite. De exemplu, nucleul uraniului are ntotdeauna 92 de protoni, aa nct numrul su atomic este ntotdeauna 92. Populaia sa de neutroni variaz, aa nct uraniul are trei izotopi: uraniu-234, uraniu-235 i uraniu-238. Toi trei izotopii sunt amestecai n natur. Ei arat la fel i se comport la fel n reaciile chimice. Radioactivitatea Forele care leag protonii i neutronii mpreun n nucleu sunt, de obicei, puternice. Totui, la unii izotopi, nucleele sunt instabile deoarece forele care leag protonii de neutroni nu sunt suficient de puternice. Drept rezultat, nucleele se sparg (se dezintegreaz) spontan, proces numit radioactivitate. CE se ntmpl cnd nucleele instabile se dezintegreaz? n figura (,ppt) sunt ilustrate trei tipuri comune de dezintegrare:

1. Particule alfa (() pot fi emise din nucleu. O particul alfa este compus din doi protoni i doi neutroni. Drept urmare, emisia unei particule alfa nseamn c numrul de mas al izotopului este redus cu 4, iar numrul atomic scade cu 2.

2. Cnd nucleul emite o particul beta (() sau un electron, numrul de mas rmne neschimbat deoarece electronii, practic, nu au mas. Totui, deoarece electronul a venit dintr-un neutron (combinaia unui proton cu un electron), nucleul conine un proton n plus. De aceea, numrul atomic crete cu 1.3. Uneori, un electron este capturat de ctre nucleu. Electronul se combin cu un proton i formeaz un neutron suplimentar. Ca i n ultimul exemplu, numrul de mas rmne neschimbat. Totui, nucleul conine acum un proton mai puin, iar numrul atomic scade cu 1.Un izotop instabil (radioactiv) al unui element este numit printe. Izotopii care rezult din dezintegrarea printelui sunt produii fiic. Figura (.ppt) prezint un exemplu de dezintegrarea radioactiv. Aici poate fi vzut c atunci cnd printele radioactiv uraniul-238 (numr atomic 92, mas atomic 238) se dezintegreaz, el urmeaz un numr de pai, emind 8 particule alfa i 6 particule beta, nainte ca, n sfrit, s devin produsul fiic stabil plumb-206 (numr atomic 82, numr de mas 206). Unul dintre produii fiic instabili produi n timpul acestei serii de dezintegrare este radonul. Desigur, printre rezultatelel cele mai importante ale descoperirii radioactivitii este faptul c furnizeaz o modalitate sigur de calculare a vrstelor rocilor i mineralelor care conin izotopi radioactivi. Procedura se numete datare radioactiv. De ce este datarea radioactiv sigur? Ratele de dezintegrare pentru muli izotopi au fost precis msurate i nu variaz n condiiile care exist n stratele externe ale Pmntului. De aceea, fiecare izotop radioactiv utilizat pentru datare s-a dezintegrat cu o rat fix nc de la formarea rocii n care apare, iar produii dezintegrrii s-au acumulat cu o rat corespunztoare. De exemplu, cnd uraniul este ncorporat ntr-un mineral care cristalizeaz din magm, nu exist plumb (produsul fiic stabi) din dezintegrri anterioare. Ceasul radiometric pornete n acest moment. Pe msur ce uraniul din acest mineral nou format se dezintegreaz, atomii de produs fiic sunt nmagazinai i treptat se acumuleaz cantiti msurabile de plumb. Timp de njumtire timpul necesar pentru ca jumtate dintre nuclee dintr-un eantion s se dezintegreze este numit timp de njumtire al izotopului. Timpul de njumtire este un mod obinuit de a exprima rata dezintegrrii radioactive. Cnd cantitile de atomi printe i de atomi fiic sunt egale (raport 1:1), tim c a trecut un timp de njumtire. Cnd un sfert din atomii printe originali i tei sferturi s-au dezintegrat n produi fiic, raportul printe/fiic este 1:3 i tim c au trecut doi timpi de njumtire. Dup trei timpi de njumtire, raportul atomi printe la atomi fiic este 1:7. Dac timpul de njumtire al izotopului radioactiv este cunoscut i raportul printe/fiic poate fi msurat, vrsta eantionului poate fi calculat. De exemplu, s presupunem c timpul de njumtire al unui izotop instabil ipotetic este de 1 milion de an, iar raportul printe/fiic ntr-un eantion este 1:15. Un astfel de raport indic faptul c au trecut patru timpi de njumtire i c eantionul trebuie s aib 4 milioane de ani. Datarea radiometric Observai c procentul de atomi radioactivi care se dezintegreaz n timpul unui timp de njumtire este ntotdeauna acelai: 50 la sut. Totui, numrul real de atomi care se dezintegreaz cu trecerea fiecrui timp de njumtire scade continuu. Astfel, pe msur ce procentul de atomi printe radioactivi scade, proporia de atomi fiic stabili crete, cu creterea de atomi fiic n acord cu scderea de atomi printe. Acest fapt este cheia datrii radiometrice. Dintre numeroii izotopi radioactivi care exist n natur, cinci s-au dovedit, n mod deosebit, utili pentru obinerea unor vrste radiometrice din rocile strvechi. Rubidiul-87, thoriul-232 i doi izotopi ai uraniului sunt utilizai numai pentru datarea rocilor care au milioane de anivechime, dar potasiul-40 este mai adaptabil pentru diverse scopuri.Potasiu-Argon. Dei timpul de njumtire al potasiului-40 este de 1,3 miliarde de ani, tehnicile analitice fac posibil detectarea unot cantiti minuscule din produsul fiic stabil, argon-40, n unele roci care sunt mai tinere de 100 000 de ani. Un alt motiv important pentru utilizarea sa frecvent, este c potasiul este un constituent abundent al multor mnerale comune, n special micele i feldspaii.

Dei potasiul (K) are trei izotopi naturali 39K, 40K i 41K doar 40K este radioactiv. Cnd 40K se dezintegreaz, el o face n dou moduri. Circa 11 la sut se transform n argon-40 (40Ar) prin captura unui electron. Restul de 89 la sut din 40K se dezintegreaz n calciu-40 (40Ca) prin emisie beta. Dezintegrarea 40K n 40Ca totui, nu este util pentru datarea radiometric, deoarece 40Ca produs prin dezintegrare redioactiv nu poate fi distins de calciul care poate fi prezent cnd s-a format roca. Ceasul potasiu-argon ncepe cnd mineralele cu potasiu cristalizeaz dintr-o magm sau se formeaz ntr-o roc metamorfic. n acest punct, noile minerale vor conine 40K, dar nu vor avea 39Ar, deoarece acest element este un gaz inert care nu se combin chimic cu alte elemente. Odat cu trecerea timpului, 40K se dezintegreaz treptat prin captura unui electron. 40Ar produs prin acest proces rmne prins n reeaua cristalin a mineralului. Deoarece 40Ar nu a fost prezent cnd mineralul s-a format, toi atomii fiic prini n mineral provin din dezintegrarea 40K. Pentru a determina vrsta eantionului, raportul 40K/40Ar este msurat precis i se aplic timpul de njumtire cunoscut al 40K.

Surse de erori. Este important s realizm c o dat radiometric corect poate fi obinut numai dac mineralul rmne ntr-un sistem nchis n timpul ntregii perioade trecute de la formarea sa. O dat corect nu este posibil dect dac nu exist nicio adugare i nicio pierdere de izotopi printe sau fiic, ceea ce nu se ntmpl ntotdeauna. De fapt, o limitare important a metodei potasiu-argon rezult din faptul c argonul este un gaz, iar el poate iei din minerale, fcnd msurtoarea inutil. ntr-adevr, pierderile pot fi semnificative, dac roca este supus la temperaturi relativ ridicate. Desigur, o reducere a cantitii de 40Ar conduce la o subestimare a vrstei rocii. Uneori, temperaturile sunt suficient de mari pentru un timp destul de ndelungat, pentru ca argonul s scape. Cnd se ntmpl acest lucru, ceasul potasiu-argon este resetat, iar datarea eantionului va da doar vrst resetrii termale i nu vrsta adevrat a rocii. Pentru alte ceasuri radiometrice, o pierdere de atomi fiic poate aprea dac roca a fost alterat exogen. Pentru a evita asemenea probleme, o metod simpl de prevedere este utilizarea doar a materialului prospt, nealterat i nu a eantioanelor care ar putea s fie alterate chimic. Datarea cu Carbon-14. pentru a data roci foarte recente, este utilizat carbonul-14. Carbonul-14 este un izotop radioactiv al carbonului. Procesul este adesea denumit datare radiocarbon. Deoarece yimpul de njumtire a carbonului-14 este de 5730 de ani, el poate fi utilizat pentru datarea unor evenimente din trecutul istoric, precum i a celor din istoria geologic foarte recent. n unele cazuri, carbonul-14 poate fi utilizat pentru a data evenimente vechi de pn la 70 000 de ani.

Carbonul-14 este produs continuu n atmosfera superioar ca o consecin a bombardamentului ce raze cosmice. Razele cosmice, care sunt particule cu energie ridicat, sfrm nucleele atomilor de gaz, elibernd neutroni. Unii dintre neutroni sunt absorbii de atonii de azot (numr atomic 7), iar nucleele acestora vor emite un proton. Ca rezultat, numrul atomic scade cu 1 (la 6) i este creat un element diferit, carbonul-14. Acest izotop de carbon este ncorporat rapid n dioxidul de carbon, care circul n atmosfer i este absorbit de materia vie. Ca rezultat, toate organismele conin o cantitate mic de carbon-14, inclusiv voi.Att timp ct organismul este viu, radiocarbonul dezintegrat este nlocuit continuu, iar proporiile de carbon-14 i carbon-12 rmn constante. Carbonul-12 este izotopul stabil i mai comun al carbonului. Totui, cnd orice plant sau animal moare, cantitatea de carbon-14 scade treptat, pe msur ce se dezintegreaz n azot-14 prin emisie beta. Comparnd proporiile de carbon-14 i carbon-12 dintr-un eantion, pot fi determinate datele radiocarbon. Este important s subliniem c aceast metod este util doar la datarea materialelor organice, cum ar fi lemnul, mangalul, oase, esut moale i chiar materiale textile din fibre de bumbac. Dei carbonu-14 este util n datarea doar a unui interval scurt din timpul geologic, el a devenit un mijloc valoros pentru antropologi, arheologi i istorici, ca i pentru geologii care studiaz istoria foarte recent a Pmntului. De fapt, dezvoltarea datrii radiocarbon a fost considerat aa de important, nct chimistul care a descoperit aceast aplicaie, Willard F. Libby, a primit Premiul Nobel n 1960.

Importana datrii radiometrice Dei principiul de baz al datrii radiometrice este simplu, procedura real este destul de complex. Analiza chimic cu ajutorul creia se determin cantitile de atomi printe i fiic trebuie s fie extrem de precis. n plus, unele materiale radioactive nu se dezintegreaz direct n produi fiic stabili. Metodele de datare radioactiv au produs mii de date pentru evenimente din istoria Pmntului. Roci cu vrste mai mari de 3,5 miliarde de ani se gsesc pe toate continentele. Cele mai vechi roci (pn acum) sunt gnaisele din nordul Canadei, lng Marele Lac al Sclavilor, care au fost datate la 4,03 miliarde de ani. Rocile din vestul Groenlandei au fost datate la 3,7 pn la 3,8 miliarde de ani, iar roci aproape la fel de vechi au fost gsite n Africa de Sud (3,4-3,5 miliarde de ani) i vestul Australiei (3,4-3,6 miliarde de ani). Este important de subliniat c aceste roci strvechi nu fac parte din crusta primordial, ci au fost iniial curgeri de lave, intruziuni magmatice i sedimente depozitate n ape puin adnci o indicaie c istoria Pmntului a nceput nainte ca aceste roci s se fi format. Au fost datate i granule de minerale i mai vechi. Cristale minuscule de zircon cu vrste radiometrice de 4,3 miliarde de ani au fost gsite n roci sedimentare mai tinere din vestul Australiei. Rocile surs ale acestor granule minuscule i rezistente fie numai exist, fie nu au fost nc gsite.