Datiranje stena i istorija planete Zemlje

Planeta Zemlja stara je oko 4,6 milijardi godina, i geolozi obično vole da kažu da je istorija Zemlje zapisana u stenama. Ali, na koji tačno način možemo određenu stenu da povežemo sa periodom Zemljine istorije kojoj ta stena pripada, i kako precizno možemo da utvdimno kolika je njena starost merena u milionima godina?

Geološka doba kao hronologija istorije Zemlje definisana su u ranoj fazi razvoja geologije kao nauke još pre oko 200 godina, i baziraju se na nalazima fosila u stenama. Određivanje tačne starosti stena u milionima godina (datiranje) je tehnologija XX veka koja je postala moguća tek nakon otkrića radioaktivnosti i nakon što su fizičari izumeli instrumente za izvođenje neophodnih analiza.

Geološka doba. Slika: wikimedia.org

U preciznom određivanju hronolgije Zemlje postoje određena ograničenja, tim pre što se geološka starost (utvrđivanje geološkog perioda u Zemljinoj istoriji) i numerička starost (starost u milionima godina) uglavnom određuju iz različitih vrsta stena. Većina radioaktivnih minerala koji se koriste za utvrđivanje numeričke starosti se formiraju na visokim temperaturama tokom kristalizacije magmatskih stena, dok se fosili pomoću kojih se utvrđuje geološka starost nalaze u sedimentnim stenama nastalim na znatno nižim temperaturama.

Ipak, geolozi su tokom vremena rešili ovaj problem tako što su u slojevima sedimentnih stena koje sadrže fosile uspeli da pronađu i vulkanski pepeo, odnet daleko od mesta erupcije vulkana, koji sadrži i minerale formirane na visokim temperaturama. Na taj način, moguće je utvrditi preciznu hronologiju i numeričku starost stena na granicama geoloških doba.

Magmatske i sedimentne stene. Izvor: imperial.ac.uk

Datiranje stena pomoću fosila. Ljudi su pronalazili fosile u slojevima stena Zemljine kore mnogo pre nego što su znali da oni predstavljaju ostatke biljaka i životinja. Vilijam Smit (William Smith, 1769 – 1839) bio je engleski inženjer koji se, radeći na kopovima kanala, upoznao sa fosilima koji su njegovi radnici pronalazilili. Primetio je da su različiti slojevi stena Zemljine kore poređani redosledom koji je moguće predvideti, i da se uvek nalaze na relativno istim pozicijama u nizu. Takođe je primetio da se fosili koji se nalaze u tim slojevima menjaju na predvidiv način i da mogu da se koriste za utvrđivanje hronologije slojeva, kao i da je moguće uspostaviti vezu između slojeva iste starosti koji se nalaze na velikim geografskim udaljenostima. Smitova saznanja kasnije su postala osnov stratigrafije i paleontologije.

Fosili u sedimentnim stenama. Slika: wikimedia.org

Činjenica je da se fosili koje pronalazimo u različitim slojevima stena Zemljine kore menjaju u zavisnosti od dubine sloja. Kako su ljudi bivali sve više upoznati sa redosledom i promenom fosila, imana kao što su kreda i tercijar data su slojevima koji pripadaju određenim vremenskim intervalima. U to vreme, razlozi promene fosila bili su nepoznati, sve dok Alfred Rasel Valas (Alfred Russel Wallace, 1823 – 1913) i Čarls Darvin (Charles Darvin, 1809 – 1882) nisu te promene objasnili teorijom evolucije. Iako je Darvin insistirao da se evolutivne promene dešavaju postepeno, fosili na pojedinim mestima su ukazivali na dramatične promene u veoma kratkom vremenskom periodu. Danas znamo da su te dramatične promene rezultat katastrofalnih događaja kao što je udar meteora na poluostrvu Jukatan u Meksiku, nakon kojeg je došlo do masovnog izumiranja velikog broja vrsta na Zemlji, među njima i dinosaurusa.

Slojevi stena su položeni od dna ka vrhu, što dublje kopamo to se vraćamo dalje u prošlost. Izvor: http://www.prehistoricplanet.com/news/index.php?id=48

Slojevi stena su položeni od dna ka vrhu, što dublje kopamo to se vraćamo dalje u prošlost. Izvor: prehistoricplanet.com

Fosili beskičmenjaka kao što su korali i školjke tokom XIX veka bili su najkorisniji alati za utvrđivanje geološke starosti stena. Bilo ih je lako pronaći i mogli su da se proučavaju golim okom. U XX veku sa zavojem mikroskopa paleontolozi su počeli da se koriste i mikrofosilima koji su u velikom broju prisutni u stenama. Najvažniji mikrofosili su foraminifere, jednoćelijski organizmi koji imaju tanku ljušturu koja je različita kod svake vrste, i koja može precizno da se identifikuje korišćenjem mikroskopa. Većina foraminifera živi na dnu mora i zbog toga njihovo prisustvo u sedimentnim stenama označava morsko okruženje. Jedan broj foraminifera takođe pluta po morskoj površini kao plankton, te je zbog toga od izuzetnog značaja za datiranje stena zato što morske struje vrlo brzo šire novonastale vrste. Na taj način, kako foraminifere umiru i njihove ljuske padaju na dno okeana, evolutivne promene ostaju odmah zabeležene praktično na celoj planeti.

Dok su pojedini slojevi Zemljine kore u plitkim vodama pogodni za istraživanja, drugi slojevi su se pak taložili na većim dubinama daleko od erozivnih talasa i tamo ostali sačuvani desetinama miliona godina. Ti slojevi predstavljaju važan izvor geolozima i, dok su neke ekspedicije vadile slojeve iz dubina okeana, na pojedim mestima na Zemlji geolozi su pronašli slojeve za koje su utvrdili da predstavljaju upravo slojeve iz dubina okeana koji su postepemin pomeranjem Zemljine kore izbili na površinu i postali dostupni ispod planina.

Fosili i geološka doba. Slika: prehistoricplanet.com

Numerička starost stena. Uz pomoć fosila naučnici su u stanju da odrede geološko doba stene. Međutim, na pitanja kao što su pre koliko godina je počeo period krede? nije moguće odgovoriti samo uz pomoć fosila.

Utvrđivanje numeričke starosti bazira se na raspadu radioaktivnih atoma. Nekoliko hemijskih elemenata sadržanih u mineralima imaju nestabilno jezgro (jezgro roditelj) koje tokom vremena menja svoje stanje i prelazi u jezgro drugog elementa periodnog sistema (jezgro potomak). Taj postupak predstavlja određenu vrstu časovnika: kako vreme prolazi i kako jezgro roditelj prelazi u jezgro potomak, odnos broja atoma potomka i broja atoma roditelja se povećava. Pošto je radioaktivni raspad proces koji se odvija po konstantnoj brzini, bez obzira na hemijske reakcije i uslove u okruženju kao što su promena temperature ili pritisaka, taj proces u stvari predstavlja veoma precizan časovnik. Vreme raspada određenih elemenata je eksperimentalno utvrđeno, i da bi se precizno utvrdila numerička starost stene u milionima godina sve što je potrebno je izmeriti broj atoma roditelja i broj atoma potomaka koji su prisutni u toj steni. Što je veći odnos između potomka i roditelja, to je stena starija .

Radioaktivni raspad i promena broja atoma roditelja (siva boja) u odnosu na broj atoma potomka (crvena boja) – sa prolaskom vremena (x-osa) konstantnom brzinom smanjuje se broj atoma roditelja i povećava broj atoma potomka (y-osa). Slika: oceanexplorer.noaa.gov

Najznačajniji hemijski element za numeričko datiranje stena je kalijum čiji atomi prelaze u atome argona, gde je period poluraspada atoma kalijuma 1.3 milijarde godina. To znači da je potrebno da prođe 1,3 milijarde godina da bi broj atoma kalijuma opao za polovinu. Isto tako, koristeći radioaktivni izotop ugljenika (C-14) koji je sastavni deo svih biljaka i životinja, može se utvrditi i numerička starost fosila.

Iako je u praksi numeričko datiranje stena složen proces koji je podložan greškama, naučnici su vremenom razvili sofisticirane metode za veoma precizno utvrđivanje starosti u milionima godina. Te metode, zajedno sa metodama koje se zasnivaju na fosilima, predstavljaju veoma precizan alat za utvrđivanje starosti stena i definisanje precizne hronologije planete Zemlje.

Literatura:

  • Walter Alwarez, T. rex and the crater od doom. Princeton University Press (1997)
  • Naslovna slika: Grand Canyon, Arizona, USA. shedexpedition.com

Ostavite odgovor

Popunite detalje ispod ili pritisnite na ikonicu da biste se prijavili:

WordPress.com logo

Komentarišet koristeći svoj WordPress.com nalog. Odjavite se / Promeni )

Slika na Tviteru

Komentarišet koristeći svoj Twitter nalog. Odjavite se / Promeni )

Fejsbukova fotografija

Komentarišet koristeći svoj Facebook nalog. Odjavite se / Promeni )

Google+ photo

Komentarišet koristeći svoj Google+ nalog. Odjavite se / Promeni )

Povezivanje sa %s