5. Datování a určování stáří nerostů


A)   Datování s využitím kosmogenních nuklidů


UHLÍKOVÁ METODA


Ø    ^14C se tvoří v horních vrstvách atmosféry ^14N (n,p)^ 14C

Ø    T[1/2]=5730 let

Ø    je založena na změně aktivity ^14C, resp. poměru atomů ^14C/^12C

Ø    datovat lze předměty cca do 40 000-50 000 let

Ø    atomy uhlíku vznikají ve vysoce excitovaném stavu a rychle reagují na ^14CO[2]

Ø    ^14CO[2] se asimiluje v rostlinách, účastní se potravinového řetězce, rozpouští se ve vodě

Ø    po určité době se ustaví v zemské kůže rovnováha mezi tvorbou a rozpadem ^14C Þ jeho
zastoupení v přírodě dáno hlavně rovnováhou mezi ^14C a atmosféře a oceánech a je konstantní:


na 1 g uhlíku v živé hmotě připadá

15,3 rozpadu za minutu (rovnovážná měrná aktivita)






Ø    koloběhu uhlíku se účastní především ^14CO[2] z atmosféry, které však může být ovlivněno např.
sluneční aktivitou (bylo to zjištěno proměřením aktivity letokruhů borovice osinaté) – lze zpětně
vystopovat léta zvýšené sluneční aktivity – obsah ^14C pak lze korigovat

Ø    poměr radioaktivního uhlíku se udržuje po dobu života organismu (koloběh uhlíku v přírodě)

Ø    v případě, že organismus odumře, řetězec koloběhu se přeruší a radioaktivní uhlík pouze vymírá

Ø    proměřením aktivity archeologického vzorku obsahujícího uhlík se dá stanovit s jistou
přesností datum úmrtí organismu





A(t) – současná měrná aktivita vzorku

A[0]    - rovnovážná měrná aktivita ^14C

t      - stáří předmětu (tj. doba od smrti organismu)


Ø    starší vzorky mají nízkou aktivitu ^14C, která se nedá spolehlivě stanovit



Urychlovačová hmotnostní spektrometrie


Ø  tato metoda slouží k absolutnímu stanovení zbytkového ^14C

Ø  vzorek se bombarduje urychlenými ionty Cs^+

^


   Cs^+                 argon

^14C           ^14C^-                 14C^3+ hm. spektrometr                  ionizace

(podobná reakce s ^14N neprobíhá Þ snadná separace)


Ø  tato metoda umožňuje datovat vzorky až do 100 000 let(při tomto stáří obsahuje vzorek cca 3.10^5
atomů ^14C)














Urychlovačová hmotnostní spektrometrie je použitelná pro určování stáří i jiných kosmogenních
nuklidů


                                        stanovovaný nuklid

                                              výskyt

                                        urychlovaná částice

                                             poznámka

^10B

mořské sedimenty, polární led

^10B^16O^-


^10B^3+

10^7 atomů

^36Cl, ^129I

podzemní vody





^27Al

mořské sedimenty





^3H

uzavřené vody



rovnovážné koncentrace jsou ovlivněny atomovými výbuchy







Jaderná chronologie – určování stáří nerostů


Pro hromadění stabilního nuklidu, který vzniká procesem


                      X(radioaktivní)                           Y (stabilní)


Lze odvodit vztah (Hála str. 59-60):


                                                 ,


kde N[Y] a N[X] jsou počty částic dceřiného a mateřského nuklidu v době t, což je doba, která
uplynula od krystalizace nerostu.


Předpokládá se totiž, že:

Ø  v době krystalizace nerostu je v něm obsažen pouze dlouhodobý radioaktivní nuklid X

Ø  ten se rozpadá a stabilní produkt rozpady Y se v nerostu pouze hromadí nepředpokládají se jeho
ztráty do okolí (např. difuzí

Ø  známe-li tedy obsah obou nuklidů v době stanovení stáří, pak platí pro stáří nerostu vztah






                                      Metoda draslík-argonová


Textové pole: 40K (T=1,27.1010 roků) 40Ar






Ø  obsah ^40K se zjistí z celkového obsahu draslíku a jeho zastoupení v přírodní směsi (0,012 %)

Ø  ^40Ar se stanoví po zahřátí vzorku v křemenné aparatuře na 2000 °C – uvolněný argon se stanoví
hmotnostní spektrometrií


Ø  stáří pozemských hornin je cca (2-3).10^9 let

Ø  stáří měsíčních hornin a kamenných meteoritů kolem 4,5,10^9roků


Další metody jaderné chronologie:


Ø  metoda rubidium-stronciová





Ø  metoda rhenium-osmiová (pro molybdenity, které obsahují malé množství rhenia)






Ø  metoda lutecium-hafniová





Ø  metoda samarium-neodymová







Ø  metoda uranová (využívá se samovolného štěpení)