Nabídka
Silné stránky
Ve které oblasti vědy si myslíte, že evoluční teorie má největší oporu?
  • Paleontologie (452)
  • Genetika (175)
  • Biologie (224)
  • Fyzika (108)
  • Embryologie (264)
Hledat
Hledaný řetězec:
Přihlášení
Uživatelské jméno: Heslo:
STRÁNKY ARCHIVOVÁNY NÁRODNÍ KNIHOVNOU ČR

Radiometrické datování

Abychom mohli určit stáří fosilních pozůstatků, musíme zvolit jednu z metod datování. Datovací metody se dělí dvou hlavních skupin. Jedná se o datování relativní a absolutní. V tomto článku se budu věnovat absolutním metodám a to pouze pro měření stáří hornin.

Obsah

Co lze datovat
Princip datovacích technik
Typy datovacích technik
Standardní datování
Isochronní metoda
Výhody isochronní metody
     Hornina není uzavřený systém
     Jiný původní poměr 87Sr/86Sr
Metoda 40Ar-39Ar
Omezení a limity datovacích technik

Nejčastější námitky
     Nulový obsah dceřiného izotopu
     Uzavřený systém
     Vysoká stáří pro nedávné události
     Datování uhelných ložisek
Jsou radiometrické metody chybné?
Závěr

Co lze datovat

Absolutní datování je možné použít téměř výhradně na vulkanické typy hornin. Sedimentární horniny se pomocí radiometrického datování datovat v drtivé většině nedají, i když existuje pár výjimek. Nás ale budou v tomto článku zajímat právě datovací techniky pro datování vulkanických hornin. Prvním problém je však to, že vulkanické horniny neobsahují žádné fosílie. Jak tedy můžeme určit stáří fosílií, které se vyskytují výhradně v sedimentárních horninách?

Principem určování stáří fosílií je zjistit stáří nejbližší vulkanické vrstvy nad a pod sedimentární horninou, která obsahuje fosilní záznam. Pokud se podíváme na geologický průřez kdekoliv na světě, uvidíme záznam, který zachycuje bohatou historii celé lokality. V geologickém sloupci se střídají sedimentární vrstvy mořského nebo říčního původu, střídají se pískovce, vápence, břidlice a mezi tím vším nacházíme také řadu záznamů svědčících o sopečné činnosti. Jedná se o události menšího nebo většího rozsahu, které zanechají v geologickém sloupci řadu tenkých či tlustších vrstev vulkanických hornin. A to je právě to, co hledáme. Určíme-li pak stáří těchto vulkanických vrstev, můžeme určit i stáří sedimentárních vrstev mezi nimi.

Na obrázku vpravo je ukázka stratigrafie a datování hornin na lokalitě Turtle Cove. Z obrázku je patrné, jak můžeme jednotlivé vrstvy datovat. Například sedimentární vrstva F na obrázku má stáří 28,7 - 28,9 milionů let (na obrázku Ma, což značí zkratku megaannum - milionů let). Tedy celá vrstva se uložila během asi 200 tisíc let. Bohužel již nemáme žádnou informaci, jakým způsobem se tato vrstva uložila. Jestli se jednalo o několik událostí nebo jestli se celá tato vrstva ukládala pomalu postupně. Pochopitelně nám může typ sedimentace napovědět struktura této vrstvy, ale co se času týče, tak tato otázka většinou zůstává bez odpovědi. Na obrázku je také vidět, že čím více se blížíme povrchu, tím menší stáří měřené horniny vykazují.

Princip datovacích technik

Principem datování je tzv. poločas rozpadu přírodních radioaktivních izotopů. Téměř každý prvek periodické soustavy prvků se v přírodě vyskytuje ve formě různých izotopů. Izotopy prvků se od sebe neliší chemickými vlastnostmi, ale pouze počtem neutronů v jádru atomu. Izotopy se označují nukleonovým číslem (součet protonů a neutronů v jádře atomu) vedle značky prvku. Například nejjednodušší prvek vodík se ve volné přírodě vyskytuje ve formě tří izotopů. Každý vodík má jeden proton a jeden elektron. Existují však stabilní izotopy vodíku s žádným (1H) nebo jedním neutronem (2H). Vodík s jedním neutronem se nazývá deuterium. Třetím izotopem vodíku je tritium, které obsahuje kromě jednoho protonu a jednoho elektronu dva neutrony (3H). Tento izotop vodíku je však nestabilní a po čase se rozpadá na helium se dvěma protony a jedním neutronem (3He) za vyzáření nízkoenergetického beta záření (elektron a neutrino). Rychlost rozpadu takového nestabilního atomu se vyjadřuje tzv. poločasem rozpadu. Jedná se o údaj, který určuje, za jak dlouho se rozpadne polovina všech nestabilních izotopů. Tedy je-li poločas rozpadu tritia 12,4 let, tak z původního počtu 100 atomů tritia zbude po 12,4 letech pouze 50 atomů tritia. Za další 12,4 let už bude pouze 25 atomů tritia atd.

Rozpadem nestabilního izotopu jednoho prvku vzniká většinou zcela jiný prvek. Ve výše uvedeném případě vzniká z vodíku helium. A tohoto principu se využívá při radiometrickém datování. Existuje totiž celá řada radioaktivních nestabilních izotopů, které se rozpadají za vzniku jiných prvků. Vodík není vhodným kandidátem na datování vulkanických hornin, neboť poločas rozpadu jeho nestabilního izotopu je příliš krátký. Za 100 let bychom totiž z původního počtu 100 atomů nenašli ani jeden. A proto bychom nebyli schopní říct, jestli je vrstva stará sto let nebo například tisíc nebo milion. Proto se využívá jiných prvků, které mají mnohem větší poločas rozpadu. Jedná se převážně o následující prvky:

# Prvek Názvy prvků Poločas rozpadu
1 147Sm-143Nd Samarium-Neodium 106 miliardy let
2 87Rb-87Sr Rubidium-Stroncium 48,8 miliardy let
3 187Re-187Os Rhenium-Osmium 41,6 miliardy let
4 176Lu-176Hf Lutetium-Hafnium 38 miliardy let
5 232Th-208Pb Thorium-Olovo 14 miliardy let
6 238U-206Pb Uran-Olovo 4,47 miliardy let
7 40K-40Ar Draslík-Argon 1,31 miliardy let
8 235U-207Pb Uran-Olovo 707 milionů let
9 10Be-10B Berylium-Bor 1,52 milionu let
10 36Cl-36Ar Chlór-Argon 300 tisíc let
11 234U-230Th Uran-Thorium 248 tisíc let
12 230Th-226Ra Thorium-Radium 75,4 tisíc let
13 14C-14N Uhlík-Dusík 5,715 tisíc let

Tabulka 1. - Přehled radioaktivních metod datování

Je tedy vidět, že poločasy rozpadu mohou být u některých prvků značné a toho se využívá při určování velkého stáří hornin. Pro radiometrické datování vulkanických hornin se nejčastěji používají metody 1-8 z tabulky 1. Poslední metoda v tabulce se používá pro datování organických zbytků. Touto metodou se však v článku zabývat nebudu.

Typy vulkanických horninVulkanické horniny dělíme do čtyř základních skupin podle podílu oxidu křemičitého v tavenině:
Kyselé - velmi viskozní s více než 65% oxidu křemičitého. Patří sem např. granit nebo ryolit. Taví se při teplotách 650-800°C.
Intermediální - podíl oxidu křemičitého 65-52%. Sem patří syenit, diorit nebo andezit. Taví se při teplotě 800-1000°C.
Bazické - obsahují asi 52-44% oxidu křemičitého. Patří sem gabra nebo čedič. Teplota tavení je 1000-1200°C.
Ultrabazické - málo viskozní horniny obsahující méně než 44% oxidu křemičitého. Mezi ultrabazické horniny patří peridotit nebo pikrit. Taví se při teplotě 1200-1400°C.

Vzhledem k tomu, že radiometrické datování se téměř výhradně používá na vulkanické horniny, jsme odkázáni na existenci takových hornin v geologickém sloupci. Pro datování se využívá sopečný prach, tuf nebo láva samotná. Tuhnutí tekuté lávy ovlivňuje řada faktorů. Tím nejdůležitějším faktorem je vzduch a voda. Ve vodě láva tuhne velmi rychle, kdežto na vzduchu tuhne pomaleji (řádově minuty a dle mocnosti vrstvy i roky) a v nitru lávy dochází k tvorbě krystalických struktur. 

Typy datovacích technik

Datovacích technik je hned několik typů. Ta nejzákladnější a nejstarší metoda je standardní metoda datování čistě pomocí změření rodičovského prvku a dceřiného prvku a pak dle rovnice na základě poločasu rozpadu lze určit stáří. Další dnes velmi hojně využívanou metodou je metoda isochronní, která je mnohem spolehlivější a odstraňuje celou řadu nevýhod metody první. Další významnou metodou je metoda 40Ar-39Ar.

Standardní datování

Jedním z běžných minerálů, které se používají pro datování je zirkon. Zirkon je minerál křemičitanu s chemickou značkou ZrSiO4. Při tvorbě krystalu se do krystalické mřížky běžně dostává uran nebo thorium, ale na druhou stranu zirkon odpuzuje olovo. Tohoto jevu se právě využívá při datování, neboť můžeme předpokládat, že veškeré olovo vzniklo rozpadem uranu nebo thoria. Dokonce i pokud je minerál zahřát na určitou teplotu, tak díky difuznímu zákonu dojde k opětovnému odstranění již radiogenního olova ven z minerálu. Tato teplota se zjišťuje experimentálně a nazývá se uzavírací teplotou. Například uzavírací teplota pro zirkon je nad 1000°C. Tedy zirkon dosahuje této teploty v lávě o teplotě vyšší než 1000 °C. Této teplotě odpovídají čediče, gabra, peridotity nebo pikrity. Pak stačí u zirkonu stanovit množství uranu (popř. thoria) a olova. Vzhledem k tomu, že známe poločas rozpadu uranu (thoria), tak můžeme stanovit za jak dlouho vzniklo naměřené množství olova. Dosazením do rovnice tedy dostaneme výsledné stáří zirkonu.

t = hl * log2[1 + D/P]

t: stáří
hl: poločas rozpadu
D: nynější množství rodičovského prvku (235U)
P: nynější množství dceřiného prvku (207Pb)

Ve skutečnosti je datování pomocí uranu a olova o něco složitější, neboť zde hrají roli i jiné produkty rozpadu. Proto se často využívá komplexní metoda radioaktivní rozpadové řadu U-Th-Pb.

Tato standardní metoda je však zatížena několika předpoklady a problémy. Je totiž nutné, aby z měřeného minerálu v průběhu času neuniklo žádné radiogenní olovo. Což se může stát u starých minerálů. Například v místech, kde bylo větší množství uranu nebo thoria, může dojít vlivem olova k velkému porušení krystalické mřížky a poničení krystalu zirkonu a tím může olovo uniknout. Tato skutečnost může ovlivnit výsledné stáří, které se pak bude jevit menší než skutečné. Další nesnází může být metamorfóza horniny, která může částečně vynulovat hodiny. Nicméně tyto problémy se dají řešit a řeší je tzv. isochronní metoda datování.

Isochronní metoda

Isochronní metoda datování je založena na měření více vzorků různých materiálů a na měření nejen rodičovského a dceřinného prvku, ale navíc také měření obsahu jiného izotopu dceřiného prvku. Příklad uvedu na Rb-Sr metodě. Při této metodě se využívá radioaktivního rozpadu nestabilního izotopu Rubidia - 87Rb. Poločas rozpadu tohoto izotopu je 48,8 miliard let, při kterém se 87Rb rozpadá na 87Sr. Pro isochronní metodu je tedy nutné změřit ještě jiný izotop stroncia. V tomto případě se používá izotop 86Sr. Po změření obsahu těchto prvků u všech vzorků se vynese do grafu na osu x poměr 87Rb/86Sr a na osu y 87Sr/86Sr.

Vzhledem k tomu, že veškeré izotopy stroncia mají shodné chemické vlastnosti, tak je poměr izotopů v celé lávě homogenní - tedy shodný. Stroncium se v přírodě vyskytuje v těchto poměrech:

Izotop  Zastoupení 
84Sr 0,56%
86Sr 9,86%
87Sr 7,00%
88Sr 82,58%

Tabulka 2. - Přírodní výskyt stroncia 

Tento poměr je tedy v lávě, ve které platí difusní zákony, stálý. Představíme-li si situaci v čase nula, tak všechny vzniklé minerály při chladnutí budou obsahovat stejný poměr izotopů stroncia. Při izochornní metodě vůbec nezáleží na počátečním množství rubidia nebo stroncia. U předchozí metody byl požadavek nulového obsahu olova v minerálu nutností. Vyneseme-li si do grafu poměry prvků v čase nula, získáme přímku, která je rovnoběžná s osou x. Množství prvků ve vzorku se někdy uvádí v jednotkách ppm, což znamená particles per million (částic na milion). Příkladem může být nějaký minerál, který při svém vzniku obsahuje níže uvedené množství částic:

87Rb 87Sr 86Sr 87Rb/86Sr 87Sr/86Sr
50,0 28,0 39,4 1,2677 0,7099
42,0 15,0 21,1 1,9878 0,7099
15,0 40,0 56,3 0,2662 0,7099
30,0 22,0 31,0 0,9681 0,7099
34,0 31,0 43,7 0,7786 0,7099
   

Obr. 2 - Výchozí stav při utuhnutí lávy

Z výše uvedeného příkladu je patrné, že v čase tuhnutí lávy je ve všech nově vytvořených minerálech stejný poměr 87Sr/86Sr. To je dáno homogenitou lávy a difusním zákonem. Proto všechny body grafu leží na přímce rovnoběžné s osou x. Přímka protíná osu y v bodě 0,7099, což odpovídá počátečnímu poměru izotopů 87Sr/86Sr.

Nyní nechme ztuhnutou lávu ladem a čekejme, dokud se nerozpadne 5% 87Rb na 87Sr. Co se stane? Ve vzorcích bude méně 87Rb, více 87Sr, ale stejné množství 86Sr. Vzhledem k tomu, že počet částic 86Sr je stejný, ale mění se počet částic 87Rb a 87Sr budou výsledné poměry u každého vzorku odlišné.

87Rb 87Sr 86Sr 87Rb/86Sr 87Sr/86Sr
47,5 30,5 39,4 1,2044 0,7733
39,9 17,1 21,1 1,8884 0,8093
14,3 40,7 56,3 0,2529 0,7233
28,5 23,5 31,0 0,9197 0,7583
32,3 32,7 43,7 0,7397 0,7489
   

Obr. 3 - Vzorky po rozpadu 5% 87Rb

Předchozí obrázek ukazuje isochronu po rozpadu 5% rodičovského prvku rubidia. Je vidět, že všechny body zkoumaných vzorků leží v jedné přímce. Všimněte si, že regresní přímka má rovnici ve tvaru y = ax + b. Kde b je původní poměr prvků 87Sr/86Sr. Což je velká výhoda isochronní metody, protože to znamená, že tato metoda je nezávislá na původním poměru izotopů stroncia. Ten původní poměr lze totiž získat z regresní přímky. Jinými slovy původní poměr izotopů stroncia mohl být v minulosti libovolný a přesto by nám vyšlo správné stáří.

Dosazením hodnot z regresní přímky do vzorce získáme stáří vzorku. Poslední věc, kterou potřebujeme zjistit je poločas rozpadu rubidia, který je 48,8 miliardy let.

t = [(D/Di)t - (D/Di)0]/[(P/Di)t * λ]

t: stáří
D: dceřiný radiogenní izotop (87Sr)
Di: dceřiný izotop (86Sr)
P: rodičovský prvek (87Rb)
λ: proporcionální konstanta poločasu rozpadu (pro Rb-Sr systém 48,8 mld. let => λ = 1,42 * 10-11
()0: původní poměr prvků
()t: nynější poměr prvků
 

Dosazením do rovnice získáme stáří horniny. Jak už bylo řečeno, tak poměr (D/Di)0 zjistíme z regresní přímky. V našem případě to je 0,7099. 

t1 = [0,7733 - 0,7099]/[1,2044 * 1,42 * 10-11] = 0,0634 / (1,7102 * 10-11) = 3,7 miliardy let
t2 = [0,8093 - 0,7099]/[1,8884 * 1,42 * 10-11] = 0,0994 / (2,6815 * 10-11) = 3,7 miliardy let
.

Hornina po rozpadu 5% rubidia bude mít stáří 3,7 miliardy let (pro všechny vzorky). Toto je pochopitelně ideální ukázkový příklad. Vždy se totiž musí počítat s chybou měření, a proto body nikdy neleží přesně v jedné přímce, ale díky chybě měření se body kolem přímky pohybují v určitém rozmezí. Regresní analýza pak stanoví míru spolehlivosti a regresní přímku. Proto se vždy setkáme se stářím ve tvaru např. 3,7±0,3 mld. let. Tedy s určitou nejistotou plynoucí z nepřesnosti měření.

Výhody isochronní metody

Nyní si ukážeme, jak si isochronní metoda dokáže poradit s problémy, které se při datování mohou vyskytnout.

Hornina není uzavřený systém

Měřená hornina za dobu své existence nemusí být vždy uzavřeným systémem. To znamená, že v průběhu historie mohly nějaké prvky z minerálů v hornině uniknout nebo naopak se nějaké prvky mohly dostat do minerálů. To může nastat několika způsoby, které si teď nebudeme vyjmenovávat. Je však jisté, že tyto situace nejsou časté a běžné, ale nelze je vyloučit. Výhoda isochronní metody je v tom, že měříme různé minerály s různým obsahem rubidia a stroncia. Tedy pokud se do jednoho minerálu dostane nějakým způsobem 5% rubidia nebo stroncia. Nebo naopak unikne např. 6% rubidia nebo stroncia, tak je nereálné, aby se přesně ekvivalentní množství dostalo i do jiných minerálů se zcela jinými fyzikálními a chemickými vlastnostmi. Do jednoho minerálu, který je odolnější může vniknout např. 2% rubidia nebo stroncia, ale do jiného minerálu za stejných podmínek může vniknout např. 6% rubidia nebo stroncia. Tedy můžeme říct, že zisk nebo ztráta důležitých prvků nebude nikdy ekvivalentní u všech měřených minerálů a vzorků. Uvedeme si příklad, jak by vypadala taková isochrona.

87Rb 87Sr 86Sr 87Rb/86Sr 87Sr/86Sr
47,5 31,5 39,4 1,2044 0,7987
39,9 17,1 21,1 1,8884 0,8093
14,3 40,7 56,3 0,2529 0,7233
28,5 23,5 31,0 0,9197 0,7583
32,3 32,7 43,7 0,7397 0,7489
   

Obr. 4 - Narušení uzavřeného systému přísunem 87Sr

Z obrázku je patrné, že přidání 1 atom 87Sr v průběhu času do prvního vzorku má za následek posunutí bodu v grafu směrem nahoru. Body už netvoří přímku a my jasně vidíme, že v průběhu historie došlo k nějaké události, která narušila uzavřený systém horniny. V takovém případě je jasné, že výsledné stáří nebude správné a přesné. I tak nám však tato metoda dá určité stáří nicméně s velkou nejistotou. Zatímco u vzorků 2-5 nám vyjde stáří 3,6 miliard let (kvůli jinému počátečnímu poměru 87Sr/86Sr - místo 0,7099 regresní přímka ukazuje 0,7115), tak u vzorku 1 to bude stáří 5,1 miliardy let. Stáří horniny nám se střední kvadratickou chybou aritmetického průměru vyjde na 3,9±0,3 miliardy let. Což je poměrně velký rozptyl, ale na druhou stranu můžeme alespoň odhadnout stáří horniny, které nebude několik milionů let, ale spíše několik miliard let.

Jiný původní poměr 87Sr/86Sr

Výše jsme si řekli, že dnešní zastoupení izotopů stroncia odpovídá asi 9,86% pro izotop 86Sr a 7% pro izotop 87Sr. Tento poměr však mohl být v minulosti jiný. I dnes je tento poměr různý pro zemskou kůru a zemský plášť. Ukažme si, co by s výsledným stářím udělal jiný poměr těchto izotopů v čase nula před asi 3,7 miliardami let. Řekněme, že by izotopu 87Sr bylo o jedno procento méně - tedy 6%.

87Rb 87Sr 86Sr 87Rb/86Sr 87Sr/86Sr
47,5 30,5 46,0 1,0323 0,6629
39,9 17,1 24,7 1,6187 0,6937
14,3 40,7 65,7 0,2168 0,6199
28,5 23,5 36,2 0,7883 0,6500
32,3 32,7 50,9 0,6340 0,6419
   

Obr. 5 - Jiný původní poměr izotopů stroncia

Stáří vzorků po rozpadu 5% rubidia by bylo podle výše uvedené rovnice následující:

t1 = [0,6629 - 0,6085]/[1,0323 * 1,42 * 10-11] = 0,0544 / (1,7102 * 10-11) = 3,7 miliardy let
t2 = [0,6937 - 0,6085]/[1,6187 * 1,42 * 10-11] = 0,0852 / (2,6815 * 10-11) = 3,7 miliardy let
.

Jak můžete vidět, tak původní poměr stanovuje regresní přímka na 0,6085 a z rovnic vyplývá naprosto stejné stáří horniny. Je tedy zřejmé, že isochronní metoda je nezávislá na rozložení poměru izotopů stroncia v čase nula.

Metoda 40Ar-39Ar

Velmi často se využívá také tato metoda, která je založena na odlišném principu, než jsou výše popsané dvě metody. Zde se totiž využívá pouze jednoho chemického prvku jako rodičovského a dceřiného. Jedná se o argon 40Ar, který se rozpadá na 39Ar. Tato metoda místo pouhého porovnání rodičovského prvku draslíku s dceřiným radiogenním prvkem argonu také určuje, kolik argonu je radiogenního původu a kolik přišlo ze vzduchu.

U této metody je měřený vzorek uložen blízko radioaktivního reaktoru na několik hodin. Reaktor uvolňuje velké množství neutronů, které jsou schopny změnit malé množství 39K na 39Ar. 39Ar se nenachází ve volné přírodě, neboť jeho poločas rozpadu je pouze 269 let. Vzorek je poté zahříván v peci, aby uvolnil 39Ar a 40Ar (v tomto případě 39Ar reprezentuje draslík). Zahřívání se provádí v několika krocích a po každém kroku je změřen poměr 40Ar ku 39Ar. Pokud má 40Ar původ v radioaktivním rozpadu (je tedy radiogenní a nepochází ze vzduchu při formování minerálu) bude unikat stejně jako 39Ar a hlavně v konstantním poměru. Pokud však v minulosti došlo k úniku 40Ar bude naměřený poměr pro některé nebo všechny stupně zahřátí odlišný. Proto nebudou poměry pro jednotlivé stupně zahřátí souhlasit.

   
 Obr. 6 - Skutečné stáří (vlevo) a zdánlivé stáří (vpravo)


Na obrázku 6 vidíme dva příklady. Vlevo se jedná o spolehlivé měření, které ukazuje, že v průběhu času nedošlo k úniku argonu. Obrázek vpravo zase jasně ukazuje, že měřené body se od sebe značně liší a netvoří plošinu. Proto je jasné, že měření nebude udávat skutečné stáří, ale pouze zdánlivé stáří. V našem případě byl měřený biotit narušen impaktem, který uvolnil určité množství radiogenního 40Ar. Podobný graf také můžeme získat z horniny, která prošla částečným přetavením nebo se jedná o metamorfovanou horninu.

Omezení a limity datovacích technik

Omezení datovacích metod je několik. Z výše uvedených příkladů se systémem Rb-Sr je vidět, že pouhých 5% rozpadu původního rubidia dává extrémně vysoké stáří. Proto je použitelnost této metody při měření stáří zhruba od 10 milionů let a výš. Menší stáří nelze stanovit vzhledem k malému množství radiogenního stroncia jehož nepatrné navýšení by kolidovalo s chybou měření a citlivostí přístrojů. Ostatní metody mají pochopitelně také svá omezení, která se lepší a přesnější technikou zmenšují.

Je také nutné důkladně zvážit, které vzorky a které minerály budeme měřit. V tomto případě nás zajímá tzv. uzavírací teplota, o které jsem psal v výše. Například u zirkonu je tato teplota 1000 °C. Pokud víme, že například vulkanická hornina ryolit vzniká z lávy o teplotě 650-800 °C je jasné, že zirkon nebude vhodným kandidátem na datování, neboť pokud by se dostal starší zirkon z okolních hornin do takto horké lávy, tak by nedosáhl uzavírací teploty a neuniklo by žádné olovo. Pak by měření stáří takového zirkonu neudávalo dobu utuhnutí lávy / ryolitu, ale stáří zirkonu samotného, které by v takovém případě mohlo být mnohem větší. Proto je nutné stanovit, které minerály použijeme pro měření stáří v závislosti na typu horniny. Například při měření metodou Rb-Sr se používá např. minerál muskovit, jehož uzavírací teplota je asi 350 °C. Vidíme, že takový minerál dosáhne této teploty v libovolném lávovém proudu a je tedy vhodným kandidátem pro datování. U metod K-Ar se využívají při datování živce, rohovce nebo slídy, které mají také velmi nízké uzavírací teploty, pohybující se mezi 100-400°C.

Dalším problémem, který může nastat, je příliš rychlé tuhnutí lávy, které má za následek velmi krátký čas pro uniknutí veškerého radiogenního obsahu. To může být umocněno i teplotou lávy, která se může blížit uzavírací teplotě. Například pokud má láva teplotu 1000°C a k výronu dojde pod hladinou moře, tak láva velmi rychle utuhne, takže z případných starých zirkonů nemůže uniknout veškeré olovo a my tak opět neměříme stáří lávy samotné, ale v tomto případě ani stáří zirkonů. Spíše nějaké stáří mezi. Tento problém se dá eliminovat důsledným průzkumem měřené horniny, neboť rychlé tuhnutí pod hladinou moře zanechává na vulkanické hornině charakteristické znaky.

Nejčastější námitky

Radiometrické datování je často terčem kritiky kreacionistů mladé Země, kteří se snaží dokázat, že Země je stará 6-10 tisíc let. Jejich námitky se dají shrnout do několika bodů.

Nulový obsah dceřiného izotopu

Pro správné určení stáří je nutné, aby radiogenní dceřiný prvek nebyl v čase nula přítomen. Pochopitelně v určitých případech je tato námitka opodstatněná. Ovšem v řadě případů ne. Například u zirkonů je při formaci krystalu skutečně obsah olova nulový, neboť při tvorbě minerálu je olovo odpuzováno. A i kdyby tomu tak nebylo, tak u isochronní metody je tento údaj nepodstatný, neboť tato metoda nezávisí na počátečním množství rodičovského ani dceřiného prvku.

Uzavřený systém

Další skutečnost, která je kritizována, je předpoklad toho, že systém se po celou dobu chová jako uzavřený. To znamená, že do minerálu nepřijde žádný rodičovský ani dceřiný prvek nebo naopak ho neopustí. V takovém případě bychom dostali zkreslené zdánlivé stáří. Taková situace může nastat například zvětráním nebo opětovným přetavením horniny. V takovém případě by se vzorek jevil mladším než ve skutečnosti je. Tento případ se však dá předem odhadnout podle stavu minerálu při petrografickém průzkumu (odhalí zvětrání horniny) nebo přítomností druhotných minerálů jako jsou xenokrysty (odhalí přetavení horniny). Další metodou, kterou lze zjistit únik dceřiného prvku je například porovnání datování celé horniny a samostatných minerálů. Tato metoda také odhalí starší příměsi, čímž by bylo stáří horniny větší, než skutečné. Nicméně téměř spolehlivým nástrojem je opět isochronní metoda, která jasně ukáže, že body v grafu neleží v jedné přímce, a proto je zřejmé, že měřená hornina se nechovala v minulosti jako uzavřený systém. V takovém případě získáváme zkreslené přibližné stáří. Nicméně jasně vidíme, že určené stáří není přesné a musíme s tím počítat. Podobně i metoda Ar-Ar ukáže, jestli se vzorek v minulosti choval jako uzavřený nebo ne.

Vysoká stáří pro nedávné události

Pochopitelně jako každá metoda měření mají i radioaktivní metody své limity. Například se současnou technikou lze měřit metodou K-Ar horniny starší 100 tisíc let. U mladších hornin prostě nejsme schopni spolehlivě změřit stáří, neboť za tak krátkou dobu se rozpadlo opravdu jen velmi málo draslíku na argon.

Nejznámějším příkladem údajného chybného datování je měření stáří lávy z nedávno vyvrhnuté lávy u hory sv. Heleny. Tento problém se přesně týká starších příměsí ve vzorku a také limity datovacích technik. Více o tomto případu zde: Datování lávy z hory svaté Heleny. Většina těchto případů neukazuje na chybné datovací metody, ale spíše na nekompetentnost vědců, kteří neumí radiometrické metody používat. Pokud chceme změřit velmi nízké stáří horniny, tak nemůžu použít metodu, která takové stáří změřit nedokáže. Nemůžeme přece měřit tloušťku vlasu skládacím metrem. 

Datování uhelných ložisek

Kreacionisté často napadají radiometrické datování také kvůli datování uhlí. To by mělo logicky vykazovat nekonečné stáří resp. by mělo obsahovat nulové množství radioaktivního uhlíku 14C. Ten má totiž velmi krátký poločas rozpadu a za sto milionů let by už v uhlí žádný být neměl. O tomto problému více zde: Radioaktivní uhlík v uhlí.

Jsou radiometrické metody chybné?

Kreacionisté mladé Země se snaží ukázat, že radiometrické metody jsou chybné a nepřesné. Pokud by byl jejich princip správný, tak by to zásadním způsobem nabouralo jejich dogma o mladé Zemi. Proto také vznikla skupina RATE, která má za úkol ukázat, že radiometrické datovací metody jsou chybné a že stáří Země je skutečně asi 6-10 tisíc let. Tedy cílem skupiny není zjistit skutečné stáří Země, ale potvrdit již předem známý výsledek. Což je dle mého názoru zcela obrácený přístup, jaký by měl být hodný vědce.

Problém při označení datovacích metod chybnými je dle mého názoru jeden zásadní. Předpokládejme tedy skutečně, že datovací metody jsou zatíženy značnými chybami a jsou zcela nepřesné. Musí se skutečně jednat o obrovskou chybu neboť se jedná o chyby v řádu několika set až tisíců procent!!! Jaké výsledky bychom pak měli očekávat od zcela chybných metod?

Podívejte se nyní na typickou ukázaku stratigrafie s datovanými vulkanickými vrstvami, která je na úplně prvním obrázku. Všimněte si, že čím hlouběji, tím vulkanické vrstvy vykazují vyšší stáří: 25,3 Ma, 27,2 Ma, 27,5 Ma, 28,7 Ma, 28,9 Ma, 30,0 Ma. Něco takového by se od zcela chybné metody nedalo očekávat. Data by musela být zpřeházena a musela by vykazovat náhodná stáří. Existují tři vysvětlení pro tuto běžnou chronologickou shodu. Buď jsou datovací metody spolehlivé, nebo se jedná o náhodu, nebo se jedná o systematickou chybu. Tedy že výsledek je zatížen nějakou chybou, která vykazuje systematicky vyšší stáří. Druhou možnost si dovolím vyloučit, neboť se jedná o zcela typický případ. Podobných chronologicky správných datací je nepřeberné množství. Mluvit u všech těchto případů o náhodě mi přijde nereálné. A co se týče systematické chyby? Tato možnost opravdu může nastat, a proto se systematická chyba vyloučí použitím různých metod měření pomocí různých prvků. A pokud i tyto metody někdy založené na zcela odlišném principu souhlasí s různými metodami založenými na zcela odlišných prvcích s odlišnými chemickými a fyzikálními vlastnostmi, tak můžeme vyloučit i systematickou chybu. Protože je nereálné, aby se z nebo do minerálu dostal dceřiný prvek a rodičovský prvek v ekvivalentním množství pro různé chemické prvky v různých minerálech s odlišným chemických složením, můžeme tuto možnost vyloučit. Něco takového není možné. Každý minerál má unikátní vlastnosti a jiným způsobem a rychlostí přejímá ostatní prvky z okolí nebo je uvolňuje. O konzistentních metodách měření pomocí různých metod si můžete přečíst například zde: Datování měsíčních hornin.

Mluvil jsem o třech možnostech. Ve skutečnosti je ještě jedna možnost, která se týká výše popsané systematické chyby. Jedná se o to, že radioaktivní rozpad nebyl vždycky stejný jako je dnes. Tedy že poločas rozpadu byl dříve větší. U této možnosti je nutné si uvědomit, že v souvislosti s kreacionismem mladé Země mluvíme o naprosto extrémním zrychlení radioaktivního rozpadu. Mluvíme o změně stáří o několik řádů. Aby výsledky souhlasily, musel být v minulosti radioaktivní rozpad neuvěřitelně rychlý, což je nemožné. Každý živý tvor by byl vystaven ohromné dávce radioaktivního záření, kterou by nemohl přežít. Navíc radioaktivní rozpad generuje teplo, což je při pomalém rozpadu zcela zanedbatelné. Ovšem při rychlosti rozpadu, o jaké mluvíme v souvislosti s kreacionismem mladé Země, by se jednalo o zcela extrémní uvolnění energie najednou, které by způsobilo extrémní zvýšení teploty Země.

Kreacionisté také často mluví o svévolném určování stáří na základě toho, co se evolucionistům hodí. Zcela ignorují možnost, že se při datování chybně datovaly starší příměsi místo čistého homogenního vzorku (více zde: Datování druhu Ardipithecus ramidus). Také jsem četl, že se při zasílání vzorků do laboratoře na formulář píše předpokládané stáří. Což mi pochopitelně nebyl žádný kreacionista schopen doložit kopií onoho formuláře. Jediný možný význam takového dotazu vidím pouze v tom, aby v laboratoři mohli určit správnou metodu datování. Očekáváme-li stáří vzorku 200 tisíc let, tak nemůžeme použít metodu Rb-Sr. Nenaměřili bychom nic. Proto v laboratoři mohou sáhnout hned po metodě např. K-Ar a tím tak výrazně ušetřit. Radiometrické datování totiž není levná záležitost. Vyžaduje extrémní přesnost a drahé přístroje pro hmotnostní spektroskopii. Proto jedno měření (přímo K-Ar) je logicky výrazně levnější než několik měření (nejprve Rb-Sr a pak teprve K-Ar). Ovšem toto jsou spekulace, neboť jsem žádný formulář s políčkem "předpokládané stáří" doposud neviděl.

Závěr

Na závěr bych chtěl říct, že měření stáří hornin je poměrně složitý proces, který je náročný na techniku a přesnost. Navíc je nutné zvolit vhodné minerály a vhodnou metodu datování. Vždy je dobré použít několik nezávislých metod a výsledky porovnat. Při datování hornin je nutné si uvědomit, že jakékoliv měření má své limity a také nedostatky. Zvolením vhodných metod a kombinací výsledků se však můžeme řady neduhů vyvarovat.

[Přidat komentář] [Všechna vlákna] [Zobrazit všechny] [Skrýt komentáře] [Zobrazit vybrané] [Za sebou] Komentáře ke článku
  • 26.10.2013 20:52 (Vložil: Medea)
    • 29.10.2013 18:07 (Vložil: Formol)
  • 05.01.2012 17:56 (Vložil: petros)
    • 05.01.2012 20:10 (Vložil: Ondřej)
      • 08.01.2012 14:19 (Vložil: petros)
  • 21.03.2011 21:57 (Vložil: karel)
    • 22.03.2011 06:13 (Vložil: Bambíno)