Радіометричне датування часто використовують для «підтвердження» того, що породи утворились мільйони років тому. Однак зрозумівши як працює метод, ви побачите, що хибні припущення зумовлюють неправильне датування.

Більшість людей вважає, що радіоактивне датування підтвердило мільярдний років історії Землі. Врешті-решт, підручники, засоби масової інформації та музеї активно заявляють про це, як про факт.

Проте мало хто знає принципи радіометричного датування або ж цікавиться, які припущення ведуть до подібних висновків. Тож давайте перевіримо наскільки надійним є цей метод датування.

Атоми: що ми спостерігаємо сьогодні

Кожен хімічний елемент, як-от карбон чи оксиген, складається з атомів. Вважається, що кожен атом складається з трьох основних частин.

Малюнок 1. Вуглець-12, вуглець-13, вуглець-14Ядро складається з протонів (крихітних частинок з позитивним електричним зарядом) і нейтронів (частинок без електричного заряду). По орбіті навколо ядра рухаються електрони (крихітні частинки, кожна з яких має негативний електричний заряд).

Атоми кожного елемента можуть дещо відрізнятися за рахунок різної кількості нейтронів у ядрі. Такі різновидності ядер називають ізотопами певного елемента. Кількість нейтронів різна, проте кожен атом будь-якого елемента завжди має однакову кількість протонів і електронів.

Так, наприклад, кожен атом вуглецю містить шість протонів і шість електронів, але кількість нейтронів у кожному ядрі може бути різна: шість, сім або навіть вісім нейтронів. Тому вуглець має три ізотопи (різновидності), які називаються вуглець-12, вуглець-13 та вуглець-14 (мал. 1).

Радіоактивний розпад

Деякі ізотопи радіоактивні. Це означає, що вони нестійкі, оскільки їхні ядра занадто великі. Для досягнення стабільності атом повинен вносити зміни, особливо в ядрі. У деяких випадках ізотопи можуть викидати частки, в першу чергу нейтрони і протони. (Ці рухомі частинки може реєструвати лічильник Гейгера тощо.) Кінцевим результатом є стійкий атом, але це вже інший хімічний елемент (не вуглець), оскільки в атомі тепер інша кількість протонів і електронів.

Цей процес переходу одного елемента (батьківського ізотопа) в інший (дочірній ізотоп) називається радіоактивним розпадом. Батьківські ізотопи, які розпадаються, називаються радіоізотопами.

Фактично, не слід розуміти слово «розпад» в звичному для нас значенні, наприклад, як розпад фруктів. За якістю дочірні атоми не гірші, ніж батьківські форми, з яких вони утворились. Обидва атоми є нормальними в усіх значеннях цього слова.

Геологи часто використовують п'ять батьківських ізотопів для визначення віку порід: уран-238, уран-235, калій-40, рубідій-87 і самарій-147. Ці батьківські радіоізотопи розпадаються на дочірні ізотопи свинцю-206, свинцю-207, аргону-40, стронцію-87 та неодиму-143 відповідно. Таким чином, геологи використовують такі пари для датування утворення порід: уран - свинець (два варіанта розпаду), калій-аргон, рубідій-стронцій або самарій-неодим. Зверніть увагу, що вуглець-14 (або радіоактивний вуглець) не використовується для датування, оскільки більшість порід не містять його в своєму складі.

Сучасний хімічний аналіз порід

Малбнок 2. U – батьківські атоми. Pb – дочірні атомиГеологи не можуть використовувати будь-яку породу для датування. Вони повинні знайти породи, які містять в собі перераховані вище ізотопи, навіть якщо ці ізотопи присутні лише в невеликих кількостях. Найчастіше це тіло породи, яке утворилось під час охолодження магми. Прикладому можуть бути граніти (утворюються при охолодженні під землею) та базальти (утворюються при охолодженні лави на земній поверхні).

Наступним кроком є визначення кількості батьківських та дочірніх ізотопів у зразках породи. Спеціально обладнані лабораторії можуть робити це з найбільшою точністю. Тому, в основному, мало хто сперечається з отриманими результатами хімічного аналізу.

Але саме трактування хімічних аналізів є причиною проблем. Давайте за аналогією піскового годинника подивимось, як геологи "зчитують" вік породи з цих хімічних аналізів (мал. 2).

У пісковому годиннику крупинки дрібного піску падають з постійною швидкістю з верхньої чаші. Через одну годину весь пісок пересипається з верхньої чаші в нижню. Отже, через півгодини половина піску повинна бути в верхній чаші, а інша половина повинна знаходитись в нижній чаші.

Припустимо, що людина не бачила, коли перевернули пісковий годинник. Людина зайшла в кімнату і помітила, що половина піску знаходиться у верхній чаші, а інша половина в нижній. Більшість людей вважатиме, що «годинник» перевернули півгодини тому.

За цією ж аналогією піщані крупинки в верхній чаші представляють атоми батьківського радіоізотопу (уран-238, калій-40 і т. д.) (мал. 2). Пісок, що падає, представляє собою радіоактивний розпад, а пісок у нижній чаші - це дочірні ізотопи (свинець-206, аргон-40 і т. д.).

Коли геолог досліджує зразок породи, він припускає, що всі дочірні атоми утворюються за рахунок розпаду батьківських атомів з моменту утворення породи. Оскільки він знає, з якою швидкістю розпадається батьківський атом, геолог може обчислити, скільки часу потрібно для формування дочірньої (зареєстрованого в породі сьогодні) форми.

Але що, якщо такі припущення хибні? Якщо радіоактивний матеріал був доданий у верхню чашу пізніше або якщо швидкість розпаду змінилася? У наступних статтях ми розглянемо припущення, які можуть стати причиною неправильного датування, а також подивимось, як історія з Біблії допомагає нам краще розуміти особливості радіоактивного «віку» сьогоднішніх порід.