علوم الأرض

 

التأريخ باستخدام النشاط الإشعاعي Dating with Radioactivity
التأريخ النسبيَّ يرتّبُ الأحداث الجيولوجية التي مرت على سطح الأرض وفق حدوثها، ولكنه لا يحدّد زمن تلك الأحداث أو أعمار الصخور بدقة (بالسنوات)؛ لذلك لجأ العلماء إلى استخدام طرُق أخرى تعتمد على النشاط الإشعاعي للعناصر المشعة الموجودة في الصخور لإعطائها أعمارا محددة. 

النشاط الإشعاعي Radioactivity
يتكوّن العنصر من النوع نفسِه من الذرات، ويتم تحديد نوع العنصر بعدد البروتونات الموجودة في نواته. وهو ما يعرف بالعدد الذري للعنصر. وقد يختلف عدد النيوترونات
في نواة ذرة العنصر الواحد ما يسبب اختلاف العدد الكُتلي له.

النظائر: هي ذرات العنصر الواحد التي لها العدد الذري نفسُه، ولكنها تختلف في العدد الكتلي.
أنظر الشكل الآتي الذي يمثل بعض نظائر الكربون.

مثال:

العدد الذري لعنصر الكربون (C) هو 6؛ لأنه يحتوي على ستة بروتونات في نواته، بينما تحتوي بعض عناصره على أعداد مختلفة من النيوترونات منها: 6، 7، 8؛ لذلك توجد للكربون نظائرُ مختلفة منها ¹⁴C، ¹³C، ¹²C.
ترتبط البروتونات والنيوترونات معًا في معظم ذرات النظائر بقوى ترابط نووية قوية، ولذلك تكون معظم النظائر مستقرة. إلا أن بعض النظائر تكون غير مستقرة أي مشعة؛ فتتحلّل ذراتها تلقائيّا بإطلاق جسيمات ألفا (α) وبيتا (β) وأشعة غاما (γ) منتجة نظائر أكثر استقرارًا، وقد يستمرّ التحلّل الإشعاعي لبعض الذرات بعدد من المراحل حتى يتكون نظير مستقرّ، أي غير مشع.

مثال: يتحلّل اليورانيوم ( ²³⁸U ) مع الزمن مكوّنًا نظير الرصاص ( ²⁰⁶Pb ) المستقر.

النظيرة الأم المشعة: هي نظير العنصر غير المستقرّ، أو المشع.
النظيرة الوليدة: هي النظيرة الناتجة عن اضمحلال النظيرة الأم المشعّة.

النشاط الإشعاعي (الاضمحلال الإشعاعي): هو العملية التي تتحلّل فيها ذرات العناصر المشعّة إلى ذرات عناصر مستقرّة.

أبحث يحدث الاضمحلال الإشعاعي بشكل تلقائي، حيث يتحول في تلك العملية العنصر المشع إلى عنصر آخر أكثر استقرارًا أو مستقرّا، نتيجة فقده جسيمات ألفا ( α)، أو جسيمات بيتا (β) وإطلاق أشعة غاما ( γ). أبحث: كيف تحدث الأنواع الثلاثة للاضمحلال الإشعاعي، وأذكر أمثلة على العناصر التي تحدث فيها. أنواع الاضمحلال الإشعاعي الثلاثة؛ هي:  1- انبعاث جسيمات ألفا ( α) والتي تكافئ ذرة الهيليوم حيث يؤدي ذلك إلى نقصان الكتلة الذرية للنظيرة الأم المشعة بمقدار 4 وحدات والعدد الذري بمقدار وحدتين، ومن أمثلتها اضمحلال اليورانيوم U 238 إلى ثوريوم Th 234 . 2- انبعاث جسيمات بيتا ( β) والتي تكافئ الإلكترون، حيث يزداد العدد الذري بمقدار وحدة واحدة، بينما لا يحدث أي تغيير للعدد الكتلي ومن أمثلتها اضمحلال الثوريوم Th 234 إلى البروتكتينيوم Pa 234 3- انبعاث أشعة غاما ( γ) وهي عبارة عن طاقة لا تغير من طبيعة العنصر حيث تنبعث عند اضمحلال النظيرة المشعة للتخلص من الطاقة الزائدة وحدوث توازن للنظيرة الوليدة. مثل عنصر التيكنيشيوم:

عمر النصف Half-Life

يحدث تحلل نظائر العناصر المشعّة إلى النظائر المستقرة في زمن محدّد ثابت يسمّى عمر النصف.
عمر النصف: هو الزمن اللازم لاضمحلال نصف عدد ذرات النظيرة الأم المشعّة في العينة إلى ذرات نظيرة وليدة أكثرَ استقرارًا، أو مستقرّة.

أنظر الشكل الآتي الذي يوضّح العلاقة بين فترات عمر النصف والنسبة المئوية لكلٍّ من النظيرة الأم المشعّة والنظيرة الوليدة المستقرة.

 

سؤال الشكل 21: أقارن بين منحنى كل من النظيرة الأم المشعة المتبقية، والنظيرة الوليدة المستقرة في فترة عمر النصف الثانية.

في فترة عمر النصف الثانية تكون نسبة النظيرة الأم المتبقية تساوي 25% بينما تكون النظيرة الوليدة تساوي 75%

يبيّن الشكل السابق أن فترة عمر النّصف في البداية تساوي صفرا، وهذا يدل على أن الاضمحلال الإشعاعي لم يبدأ بعد، حيث تحتوي العينة في البداية (عند فترة عمر النصف صفر) على النظيرة الأم المشعة بنسبة % 100 ، كما يظهر بالمنحنى الأزرق؛ وتكون عندها نسبةُ النظيرة الوليدة المستقرة تساوي صفرا أيضًا، كما يظهر بالمنحنى الأحمر، وبزيادة عدد فترات عمر النصف يبدأ النقصان في النسبة المئوية لذرات النظيرة الأم المشعّة المتبقية يقابله زيادة في النسبة المئوية لذرات النظيرة الوليدة المستقرة؛ حتى تقترب النسبة المئوية لذرات الأم المشعّة المتبقية من الصفر.

أتحقّق: أوضِّح العلاقة بين النظيرة الأم المشعّة والنظيرة الوليدة المستقرة.

مع الزمن تقل كمية النظيرة الأم المشعة وفي المقابل تزداد كمية النظيرة الوليدة بنفس النسبة.

أبحث باستخدام مصادر المعرفة المختلفة أبحث عن جهاز مطياف الكتلة Mass Spectrometry الذي يستخدم لقياس كميات النظائر المختلفة، من حيث تركيبه وأهميّته في تحديد الأعمار المطلقة للصخور، ثم أعد عرضًا تقديميًا وأعرضه على معلّمي، وزملائي في الصف. يتكون جهاز مطياف الكتلة من ثلاثة أجزاء رئيسة هي: مصدر للأيونات حيث يتم تسخين النظير المراد دراسته ثم تحويله إلى الحالة الغازية وتحويله إلى أيونات، وجزء آخر يتم خلاله تمرير الأيونات خلال مجال مغناطيسي يعمل على حرف الأيونات بحسب كتلتها، وجزء الكاشف الذي يعمل على قياس كمية أيونات النظير. ولمطياف الكتلة أهمية كبيرة حيث يتم من خلاله تحديد كمية النظائر المراد قياسها ومن ثم تحديد العمر المطلق للصخر أو المعدن.

 

ولتوضيح العلاقة بين النظيرة الأم المشعّة المتبقية والنظيرة الوليدة المستقرة أنفذ التجربة الآتية:

تجربة: نمذجة أعمار النصف الموادّ والأدوات: مقص، شريط ورقي، مسطرة مترية، لوح من الكرتون، أقلام مختلفة الألوان. إرشادات السلامة: الحذر عند استخدام المقص في قص الشريط الورقي. خطوات العمل: 1. أحضر لوحا من الكرتون لتمثيل منحنى الاضمحلال الإشعاعي، وأرسم عليه محورين (سيني وصادي)، حيث يمثل المحور السيني عدد فترات عمر النصف، ويمثل المحور الصادي عدد الذرات. 2. أستخدم الشريط الورقي، وأقيس طوله وأمثل قيمته على الرسم البياني، حيث يمثل عدد ذرات الأم المشعّة الأصلية عند فترة عمر النّصف (صفر). 3. أقص الشريط من المنتصف وأكوّن جزأين متساويين، حيث يمثل أحدهما النظيرة الأم المشعة المتبقية، والآخر يمثل النظيرة الوليدة المستقرة، وأقيس طولهما، ثم أمثل قيمتهما على الرسم البياني لفترة عمر النصف الأولى. 4. أقص الشريط الناتج الذي يمثل النظيرة الأم المشعة المتبقية إلى جزأين متساويين حيث يمثل أحدهما النظيرة الأم المشعة المتبقية، وأقيس طوله، ثم أمثل قيمته على الرسم البياني لفترة عمر النصف الثانية. 5. أجمع طول الشريط الآخر الناتج في الخطوة 4 والذي يمثل النظيرة الوليدة المستقرة مع الطول الناتج لها في الخطوة 3، ثم أمثل قيمة المجموع على الرسم البياني في فترة عمر النصف الثانية. 6. أكرر الخطوة 4 لتمثيل ذرات النظيرةِ الأم المشعة المتبقية لفترة عمر النصف الثالثة. 7. أجمع طول الشريط الناتجِ في خطوة 6 مع الطول الناتج في الخطوة 5؛ لتمثيل عدد ذرات النظيرة الوليدة المستقرة في فترة عمر النصف الثالثة. 8. أمثل البيانات لفترة عمر رابعة بقص الشريط الناتج، وقياس طوله ليمثل النظيرة الأم المشعة المتبقية. وأجمع طول الشريط الآخر الذي يمثل النظيرة الوليدة المستقرة مع الطول الناتج في الخطوة 7 وأمثل قيمتهما على الرسم البياني. 9. أرسم المنحَنى الذي يمثل النظيرةَ الأمّ المشعة المتبقيةَ، والمنحَنى الذي يمثل النظيرةَ الوليدة المستقرة. التحليل والاستنتاج 1- أحدد: ماذا تسمى النظيرة عند فترة عمر النّصف صفر. النظيرة الأم المشعة الأصلية. 2- أحسب النسبة بين النظيرة الأم المشعة المتبقية، والنظيرة الوليدةِ المستقرة عند فترة عمر النصف الثالثة. عند فترة عمر النصف الثالثة تساوي نسبة النظيرة الأم المشعة المتبقية 12.5% بينما تساوي نسبة النظيرة الوليدة المستقرة 87.5% 3- أقارن بين منحنى النظيرة الأمّ المشعة المتبقية، ومنحنى النظيرة الوليدة المستقرة. يُظهر منحنى النظيرة الأم المشعة المتبقية تناقصًا مع الزمن، بينما يُظهر منحنى النظيرة الوليدة تزايدًا مع الزمن . 4- أستنتج قيمة النظيرة الوليدة المستقرة بعد فترة عمر النصف الخامسة. سوف تختلف قيمة النظيرة الوليدة في فترة عمر النصف الخامسة بحسب طول الشريط ولكن يجب أن تكون النسبة بين النظيرة المشعة المتبقية إلى النظيرة الوليدة تساوي 31:1

التأريخ الإشعاعي للصخور Radiometric Dating of Rocks
يتم تحديد الأعمارِ المطلقة للصخور وكذلك الأحداث الجيولوجية التي مرّت على سطح الأرض باستخدام عملية الاضمحلال الإشعاعي لبعض ذرات نظائر العناصر التي تتحلل بشكل طبيعي في الصخور.

التأريخ المطلق Absolute Dating:  هو طريقة حساب عمر الصخور والمعادن التي تحتوي على نظائر مشعة بشكل دقيق ومحدد.

ماذا يمثل العمر المطلق؟

يمثل عدد السنوات التي انقضت منذ تشكُّل المعدن وانحباس النظيرة الأمِّ المشعة في داخلِه حتى وقتنا الحاضر.

ماذا يقيس العلماء في التأريخ المطلق؟

يستخدم العلماء جهاز مطياف الكتلة لقياس النسبة بين النظيرة الأم المشعة المتبقية إلى النظيرة الوليدة المستقرة في عينة المعدن، ثم يتم حساب الأم الأصلية لتحديد فترات عمر النصف التي انقضت منذ بداية الاضمحلال الإشعاعي، وكلما كانت العينة المأخوذة من الصخر المراد قياسه أقدم احتوت على كمية أكبر من النظيرة الوليدة المستقرة.
ويُشترط لاستخدام طرائق الاضمِحلال الإشعاعي في التأريخ المطلق ما يلي:

- أن تكون كميات النظيرة الأم المشعةُ المتبقية والنظيرة الوليدة المستقرة قابلةً للقياس.

- أن يكون عمر النصف للعنصر المراد تحليله محددًا بدقة.

- أن تبقى بلورات المعدن المراد استخدامها مغلقة، حيث لا تسمح في دخول أو خروج أي من ذرات النظيرة الأمِّ المشعة المتبقية، أو ذرات النظيرة الوليدة المستقرة الناتجة من الاضمحلال الإشعاعي.
ومن المعادن المستخدمة في تحديد العمر المطلق للصخور معدن الزركون الذي يحوي وقت تبلوره عنصر اليورانيوم المشع، ولكنه لا يحوي عنصر الرصاص. أنظر الشكل الآتي الذي يمثل بلورة الزركون.

النظائر المستخدمة في التأريخ المطلق Isotopes Used in Absolute Dating
توجد العديد من النظائر المشعة في الطبيعة، ومعدل اضمحلال تلك النظائر وتحولها إلى نظائر وليدة مستقرة دائما ثابت. ومقدار أعمار النصف لتلك النظائر مختلفة، فبعضها يحتاج إلى فترات زمنية قصيرة جدّا لا تتعدى الثانية الواحدة ليتحول إلى نظيرة وليدة مستقرة مثل الليثيوم (⁸Li)، وبعضها يحتاج تحوله إلى فترة زمنية طويلة تقدر بمليارات السنين مثل البوتاسيوم (⁴⁰K). كذلك فإن العديد من تلك النظائر تحتاج إلى سلسلة من التحوّلات حتى تصل إلى نظيرة وليدة مستقرة مثل نظائرِ اليورانيوم. ويستخدم العلماء خمسة نظائر بشكل خاص في تحديد الأعمار المطلقة للصخور وهي: يورانيوم (²³⁸U)، يورانيوم (²³⁵U)، بوتاسيوم (⁴⁰K)، روبيديوم (⁸⁷Rb)، كربون (¹⁴C)؛ وذلك لأن عمر النّصف لمعظمها يوازي الأحداث الجيولوجية.
أنظر الجدول الآتي:

أفكر ما تأثير كل من الظروف الفيزيائية والكيميائية على معدل الاضمحلال الإشعاعي للعناصر المشعة. إن النظائر المشعة تتحول إلى نظائر وليدة في فترة محددة هي زمن عمر النصف، ولا تتأثر بالظروف الفيزيائية مثل درجة الحرارة والضغط في أثناء تحولها وكذلك لا تتأثر بالظروف الكيميائية أيضًا؛ فالنظيرة المشعة سوف تتحول إلى نظيرة وليدة بغض النظر عن الظروف الفيزيائية أو الكيميائية المحيطة بها أو محيطة بالمعدن الذي يحويها في نفس فترة عمر النصف.

 

حساب أعمار الصخور Calculating Ages of Rocks
يتم حساب العمر المطلَق للصخور التي تحتوي على نظائر مشعة عن طريق الخطوات الآتية:
- تحديد عدد ذرات النظيرة الأمّ المشعة المتبقية، والنظيرة الوليدة المستقرة، حيث يتم حساب النظيرة الأم المشعة الأصلية والتي تمثل ذرات العنصر المشع لحظة تبلور المعدن، وبدء عملية الاضمحلال الإشعاعي كالآتي:
N₀ = N_p + N_d
حيث إن:
N₀: عدد ذرات النظيرة الأم المشعة الأصلية.
N_p: عدد ذرات النظيرة الأم المشعة المتبقية.
N_d: عدد ذرات النظيرة الوليدة المستقرة.
- تحديد عدد فترات عمر النصف (n)، عن طريق إيجاد النسبة بين عدد الذرات النظيرة الأم المشعة المتبقية إلى عدد ذرات النظيرة الأم المشعة الأصلية.
أو عن طريق العلاقة:
$Np = N0 \times {( \frac{1}{2})}^n$
n: عدد فترات عمر النصف.
- إيجاد العمر المطلق للمعدن، أو الصخر عن طريق ضرب عدد فترات عمر النصف التي مرت على العينة بقيمة عمر النصف للعنصر المشع المستخدَم كما في المعادلة الآتية:
$T=T_{\frac{1}{2}}\times n$

حيث إن:
T: العمر المطلق.
$T_{\frac{1}{2}}$: عمر النصف.

أبحث باستخدام مصادر المعرفة المختلفة، أبحث عن نظائر عنصر اليورانيوم، وأحدّد: أيها يتكون بشكل طبيعي، وأيها يتكون بالمفاعلات النووية، وأحدّد أعمار النصف لبيان أي منها يستخدم في تحديد الأعمار المطلقة للصخور. ثم أرسم باستخدام برمجية إكسل رسوما بيانية توضح ذلك وأعرضه على معلّمي، وزملائي في الصف. إن أهم نظائر اليورانيوم التي تتشكل بشكل طبيعي هي:اليورانيوم U 238 وعمر النصف له يساوي 4.47 مليار سنة ويستخدم في تحديد أعمار الصخور، اليورانيوم U 235 وعمر النصف له يساوي 710 مليون سنة ويستخدم في تحديد أعمار الصخور. واليورانيوم U 234 وعمر النصف له يساوي 245500 سنة. يستخدم في تحديد أعمار النصف للأعمار القصيرة نسبيًا . أما نظائر اليورانيوم الذي يتكون بالمفاعلات النووية فمنها: اليورانيوم U 232 وعمر النصف له 68.9 سنة، ولا يستخدم في تحديد أعمار الصخور.

 

مثال تم تحليل عينة لبلورة أحد المعادن بجهاز مطياف الكتلة، فوجد أنها تحتوي على 11915 ذرة من العنصر المشع، و 35745 ذرة من العنصر الوليد المستقر، فإذا كان عمر النصف للعنصر المشع يساوي $2.7 m. y$ فكم عمر عينة المعدن؟ الحل: أولا: نجد قيمة النظيرة الأم الأصلية (N0). $N_0=N_P + N_d = 11915+35745 =47660$ ثانيا: نجد عدد فترات عمر النصف (n) $N_P = N_O \times {\left(\frac{1}{2}\right)}^n$ $11915 = 47660 \times {\left(\frac{1}{2}\right)}^n$ $\frac{11915}{47660}= {\left(\frac{1}{2}\right)}^n$ $\left(\frac{1}{4}\right) = {\left(\frac{1}{2}\right)}^n$ $n = 2$ ويمكن إيجاد n أيضا عن طريق: $$\begin{gathered} 47660 \stackrel{n=1}{\to }23830 \stackrel{n=2}{\to 11915} \\ n=2 \end{gathered}$$ ثالثا: نجد عمر العينة: $T = T_{\frac{1}{2}}\times n$ $T= 2.7 \times 2 = 5.4 m.y$

 

تمرين عثر العلماء على أحد أحافير الثدييات المفترسة المنقرضة التي كانت تعيش في الماضي، وتم تحليل عينة من عظام هذه الأحفورة، فوجد أنها تحتوي على كمية من النيتروجين ( 14N) تساوي 31 ضعفًا مما فيها من الكربون ( 14C)، فكم عمر الأحفورة، علمًا بأن عمر النصف للكربون 5730 سنة. نجد في البداية قيمة النظيرة الأم المشعة الأصلية. $$\begin{gathered} N0 = Np + Nd \\ N0= 1 + 31 = 32 \end{gathered}$$ ثم نجد عدد فترات عمر النصف ( n): $N_p = N_0 \times {\left(\frac{1}{2}\right)}^n$ $1 = 32 \times {\left(\frac{1}{2}\right)}^n$ $\frac{1}{32} = {\left(\frac{1}{2}\right)}^n$ $n = 5$ عمر العينة يساوي: $T = T_{\frac{1}{2}} \times n$ $T = 5730 \times 5$ $= 28650 y$

 

التأريخ الإشعاعي وأنواع الصخور Radiometric Dating and Rocks Types
يستخدم العلماء والمؤرخين التأريخ الإشعاعي لتحديد أعمار الصخور، والأحداث الجيولوجية التي مرت على سطح الأرض.

تأريخ الصخور النارية Igneous Rocks Dating

تعد الصخور النارية أفضل الصخور استخدامًا في التأريخ الإشعاعي؛ وذلك لأن معادنها التي تستخدم في التأريخ الإشعاعي عندما تتبلور من الماغما تحتوي على النظيرة الأم المشعة فقط، ومع الزمن تتحول إلى نظيرة وليدة مستقرة، وتحتفظ البلورات بكلا النظيرين دون كسبٍ أو فقدان؛ لذلك يكون عمر الصخر الناري الذي يقاس بطرق التأريخ الإشعاعي يسجّل عمر الصخر منذ تبلور المعادن المكوّنة له من الماغما، وانحباس النظيرة الأم المشعة في البلورة لا نشأة الماغما.

انظر الشكل الآتي الذي يمثل تحلُّلَ ذرات النظيرة الأم المشعة الأصلية إلى ذرات نظيرة وليدة في بلورات أحد المعادن في الصخور النارية.

 

- الشكل (أ): يمثل توزع ذرات النظيرة الأم المشعة الأصلية في الماغما، وعندما تبرد الماغما، تبدأ المعادن المختلفة في التبلور فيها، وتحبس النظيرة الأم المشعة الأصلية في التركيب البلوري للمعدن.

- الشكل (ب): يكون عمر الصخر عندها يساوي صفرا، وعدد فترات عمر النصف المنقضية يساوي أيضا صفرا.

- الشكل (ج): وبعد مرور فترة عمر النصف الأولى، تتحول نصف الذرات الأم المشعة الأصلية في كل بلورة معدنية إلى ذرات نظيرة وليدة، والنصف الآخر يبقى كما هو.

- الشكل (د): يمثل عدد ذرات الأم المشعة المتبقية في كل بلورة، وعدد ذرات النظيرة الوليدة المستقرة بعد مرور فترة عمر النصف الثانية.

سؤال الشكل (23): أحسب كم نسبة الذرات الأم المشعة المتبقية إلى ذرات النظيرة الوليدة المستقرة إذا مرت فترتان من عمر النصف؟

في فترة عمر النصف الثانية تكون نسبة النظيرة الأم المشعة المتبقية تساوي 25% بينما تكون النظيرة الوليدة المستقرة تساوي 75% لذلك تكون النسبة بينهما تساوي 1 : 3

أفكر في الاضمحلال الإشعاعي؛ هل يمكن أن تتحول جميع ذرات النظيرة الأم المشعة إلى نظيرة وليدة مستقرة؟ لماذا؟ بما أن نصف كمية ذرات النظيرة الأم المشعة سوف تستمر بالاضمحلال مع الزمن وتتحول إلى نظيرة وليدة بحسب عمر النصف فإنه جزءا من النظيرة الأم المشعة سوف يبقى مع الزمن. ولكن سوف تكون كميته قليلة جدًا بحيث لا نستطيع استخدامه في تأريخ الصخور، وهذا يعني أن جميع ذرات النظيرة الأم المشعة لا تتحول إلى نظيرة وليدة.

تأريخ الصخور المتحولة Metamorphic Rocks Dating

إن التأريخ باستخدام الاضمحلال الإشعاعي للصخور المتحولة يؤرخ عملية التحول، وليس نشأة الصخر الأصلي، لماذا.

عندما تتعرض الصخور بأنواعها المختلفة إلى عوامل التحول من حرارة وضغط، ويحدث لها إعادة تبلور، فإنه قد يحدث كسب أو فقد للنظيرة الأم المشعة أو النظيرة الوليدة المستقرة من البلورة، وهذا يؤدي إلى تغيير نسبتهما فيها. وعند توقف عملية التحول تصبح البلورات الجديدة مرة أخرى نظامًا مغلقا ويبدأ العنصر المشع بالتحول إلى عنصر مستقر.
فمثلا إذا احتوى صخر ما على معدن البيوتيت فيه نظيرة البوتاسيوم ⁴⁰K (الأم المشعة المتبقية) ونظيرة الآرغون ⁴⁰Ar (الوليدة المستقرة)، وتعرّض هذا الصخر إلى عوامل التحوّل، فإن غاز الآرغون المتكون يخرج من الصخر؛ لأن الحرارة تجعل بلورة البيوتيت نظامًا مفتوحًا؛ فتصبح نسبة النظيرة الأم المشعة المتبقية إلى النظيرة الوليدة المستقرة
مختلفة، وستكون عند حساب النظيرة الأم المشعة الأصلية أقلّ مما لو كان النظام مغلقا.
وهذا يؤدي إلى اختلاف عمر الصخر، ولهذا فإن استخدام طرائق الاضمحلال الإشعاعي في الصخور المتحولة يعطي دائما عمرا أحدث للصخر؛ لأنه يسجل حادثة التحول لا نشأة الصخر الأصلي.

أبحث مستعينًا بمصادر المعرفة المتوافرة لديّ ومنها شبكة الانترنت، أبحث عن سلسلة الاضمحلال الإشعاعي لليورانيوم (238U) إلى رصاص ( 206Pb )، وسلسلة اضمحلال اليورانيوم ( 235U ) إلى رصاص ( 207Pb)، ثم أكتب تقريرا موضحًا فيه العناصر وأعمار النّصف لكل منها. سلسلة U 238 و U 235 على النحو الآتي :

 

الربط بالعلوم الحياتية تُستخدم حلقات الشجر السنوية في تحديد أعمارها، حيث تحوي الأشجار سجلا زمنيّا لعمرها، وتنمو الشجرة تحت ظروف معينة في كل سنة حيث يكون سمك الحلقات عريضًا عند توافر أمطار غزيرة، في حين يكون سمك الحلقات قليلا في مواسم الجفاف، وأول من استخدم التأريخ بالحلقات أندريو دوغلاس لتأريخ بيوت مصنوعة من الخشب، ويستطيع العلماء بوساطة استخدام حلقات الأشجار التأريخ لفترات تصل حتى 10 آلاف سنة.

تأريخ الصخور الرسوبية Sedimentary Rocks Dating

تُستخدم طرائق الاضمحلال الإشعاعي في الصخور الرسوبية الكيميائية التي تترسّب نتيجة زيادة تركيز المواد الذائبة في المحاليل المائية مثل الصخور الجيرية.

متى يغلق النظام الإشعاعي في الصخور الرسوبية الكيميائية؟

لحظة حدوث الترسيب وبذلك يعطي تأريخ الصخور الرسوبية الكيميائية عمر الرسوبيات التي يتكون منها الصخر الرسوبي الكيميائي، أي أنه يؤرخ لحظة الترسيب.
أما الصخور الرسوبية الفتاتية فلا تستخدم طرائق الاضمِحلال الإشعاعي لإيجاد أعمارها، لماذا؟

لأن حبيبات المعادن المكونة لها قد تشكلت في صخور قديمة حدث لها عمليات حت وتعرية، ثم ترسيب دون أن يحدث أي تغيير في بلوراتها الداخلية، ما يعني بقاء النظام الإشعاعي فيها مغلقا، فتحتفظ بالنظيرة المشعة المتبقية، والنظيرة الوليدة المستقرة كما هي، وعند تقدير عمرها سوف تعطينا عمرا قريبا من عمر الصخر الأصلي الذي أخذت منه المعادن وليس عمر الصخر الرسوبي.
ويستخدم الكربون (¹⁴C) في تأريخ بعض أنواع الصخور الرسوبية الكيميائية والصخور الرسوبية الكيميائية الحيوية مثل تأريخ طبقات الفحم الحجري. ولتحديد أعمار الصخور الرسوبية يقوم الجيولوجيون باستخدام طرق غيرِ مباشرة وذلك بمقارنة عمر الصخور الرسوبية بأعمار مطلَقة لأجسام من صخور نارية محيطة بها باستخدام التأريخ النسبي،
حيث يحدد الجيولوجيون جسمين من الصخور النارية، يكون أحدُهما أقدمَ نسبيّا من الصخور الرسوبية. بينما يكون الآخر أحدث من الصخور الرسوبية. أنظر الشكل الآتي:

سؤال الشكل (24): أستنتج عمر الطبقة الرسوبية (ص)؟

بما أن الطبقة (ص) تقع بين طبقتين من الرماد البركاني عمر الطبقة السفلية $350 m.y$ وعمر الطبقة العلوية $300 m.y$ فإن عمر الطبقة (ص) يكون ما بين $(350-300) m.y$

أتحقق: أفسر: لماذا لا تستخدم طرائق الاضمحلال الإشعاعي في تأريخ الصخور الرسوبية الفتاتية؟

لأن بلورات المعادن المكوِّّنة للصخور الرسوبية الفتاتية قد تكونت من صخور قديمة ، وفي أثناء تشكل الصخور الرسوبية الفتاتية لا يحدث لمعادنها أي تغيير لذلك يبقى النظام الإشعاعي فيها مغلق فتعطي عمر الصخر الأصلي الذي أخذت منه المعادن عمر الصخر الرسوبي الفتاتي .

ولتعرّف كيفية تحديد أعمار الصخور الرسوبية أنفِّذُ النشاط الآتي:

نشاط: إعطاء الصخور الرسوبية أعمارا مطلقة تستخدم الصخور النارية بشكل غير مباشر لتحديد أعمار الصخور الرسوبية، ويمثل الشكل الآتي تتابعات من صخور رسوبية (أ، ب، ج، د، هـ)، والصخر الناري (ص)، والقواطع النارية (ع، ل) والطفح البركاني (س) وجميع أعمارها المطلقة بملايين السنين ( m.y ) مقيسة كما في الشكل، أدرس الشكل ثم أجيب عن الأسئلة التي تليه. التحليل والاستنتاج: 1- أحدِّد مبدأين للتأريخ النسبي يمكن استخدامهما في الشكل لترتيب الطبقات، والأحداث الجيولوجية من الأقدم إلى الأحدث. يمكن استخدام مبدأ التعاقب الطبقي ومبدأ القاطع والمقطوع. 2- أستنتج عمر التعاقب الطبقي (أ، ب، ج). بما أن التعاقب الطبقي (أ،ب،ج) يقع فوق الصخر الناري (ص) ويقطعه القاطع (ل) فهو أحدث من الصخر الناري (ص) وأقدم من القاطع (ل) لذلك عمر التعاقب يكون بين  $(150-180) m.y$ 3- أستنتِج عمر الطبقة هـ. تقع الطبقة (هـ) فوق الطفح البركاني (س) فهي أحدث منه، ويقطعها القاطع (ع) فهي أقدم منه؛ لذلك يكون عمرها بين $(115 -120) m.y$

عمرُ الأرض Age of the Earth
قاس العلماء عمر صخور القشرة الأرضية باستخدام طرائق التأريخ الإشعاعي، ولكنهم لم يستطيعوا أن يحدّدوا عمر الأرض بشكل دقيق؛ بسبب العمليات التي تحدث للصخور في أثناء دورة الصخور في الطبيعة، إذ يمكن أن تتحول الصخور من نوع إلى آخر، أو تنصهر داخل الستار، أو تتعرض لعمليات التجوية والتعرية ما يؤدي إلى إزالة صخور، أو إنتاج
صخور جديدة وبأعمار حديثة؛ لذلك، لجأ العلماء إلى استخدام طرائق أخرى غير مباشرة، وهي تحديد عمر النظام الشمسي، وأي من مكوّناته على افتراض أن مكوّنات النظام الشمسي ومنها الأرض قد تشكلت في الوقت نفسه. فقد درس العلماء عينات صخرية متنوعة أخذت من القمر أو من النيازك. وتم استخدام طرائق التأريخ الإشعاعي لتحديد
أعمارها. حيث استخدمت في ذلك طرق الاضمحلال الإشعاعي ذات عمر النصف الكبير لقياس عمر الأرض وخاصة طريقتي بوتاسيوم - آرغون، ويورانيوم - رصاص.

صخور القشرة الأرضية Earth’s Crust Rocks

تعد صخور النايس في شمال غرب كندا أقدم الصخور التي تم العثور عليها على الأرض، وقد قُدر عمرها بـ (4.03 مليار سنة) يليها صخور حزام الحجر الأخضر ايسوا في غرب غرينلاند قُدرت أعمارها بحوالي (3.7 إلى 3.8 مليار سنة)، وقد تم العثور في غرب أستراليا على بلورات من الزركون قُدرت أعمارها بحوالي

4. 4 مليار سنة، في صخور رسوبية أحدث منها.

وقد استخدم العلماء عدة طرق إشعاعية لتأريخ هذه الصخور، حيث أعطت توافقا وتقاربا بين الأعمار ما زاد ثقة العلماء بالنتائج. أنظر الشكل الآتي الذي يمثل صخورا قديمة من حزام الحجر الأخضر في جنوب أفريقيا.

أبحث مستعينًا بمصادر المعرفة المتوافرة لديّ ومنها شبكة الانترنت، أبحث عن طرائق التأريخ الإشعاعي، وأصمّم عرضا تقديميّا وأعرضه أمام معلّمي، وزملائي في الصف. - يورانيوم 238U رصاص - Pb 206 - يورانيوم 235U رصاص - Pb 207 - بوتاسيوم K40 آرغون – Ar40 - روبيديوم Rb 87 سترنشيوم  Sr 87  - كربون C 14- نيتروجين N14

صخور القمر Moon Rocks

تم الحصول على عينات صخرية من القمر والتي تمثل صخورا بدائية تراوحت أقدمُ أعمارها بين ( 4.4-4.5 ) مليار سنة.

النيازك Meteorites

تم العثور على آلاف النيازك التي سقطت على سطح الأرض، والتي تمثل قطعًا من كويكبات تشكلت مع تشكّل النظام الشمسي وتشكّل الأرض. وقد تم قياس أعمار أكثر من 70 نيزكًا باستخدام طرق الاضمحلال الإشعاعي فوجد أن أعمارها تتراوح بين ( 4.53 - 4.58 ) مليار سنة. منها نيزك (كانيون ديابلو) وهو من النيازك الحديدية، حيث قُدر عمرُه ( 4.54 مليار سنة). أنظر الشكل الآتي الذي يمثل إحدى عينات ذلك النيزك.

واعتمادًا على تحديد أعمار صخور القشرة الأرضية وصخور القمر والنيازك، فقد قَدّرَ العلماء عمرَ الأرض بحوالي 4.6 مليار سنة.

أتحقق: لماذا لا تعطي صخورُ القشرة الأرضية عمرًا حقيقيّا للأرض؟

لأن صخور القشرة الأرضية تتعرض للعديد من العمليات في أثناء دورة الصخور في الطبيعة، مثل عمليات التحول، أو الانصهار أو الحت والتعرية مما يؤدي إلى إزالة صخور،أو إنتاج صخور جديدة وبأعمار حديثة.