«  الرجوع   طباعة  »

المقياس الاشعاعي وعمر الصخور الجزء الثاني قياس نصف عمر العناصر المشعة بطيئة التحلل.

 

Holy_bible_1

 

بعد أن درسنا أن كلما تغير عمر طبقات الأرض كلما تغير نصف العمر للعناصر المشعة وأيضا كلما اكتشفوا قياس أكبر للعناصر المشعة كلما تغير عمر طبقات الأرض وعمر الأرض كلها 

البعض سيتساءل كيف يمكن تغيير عمر النصف العناصر المشعة أليس هذا أمر ثابت مقاس؟

للإجابة على ذلك يجب أن نعرف كيف يحدد نصف عمر العناصر المشعة

فترة عمر النصف لمادة نشيطة إشعاعيا هو الزمن اللازم لنصف العينة المأخوذة من المادة يحدث له تحلل إشعاعي. أي لو كميتها 1 ميكروجرام يتحول الي نصف ميكروجرام في زمن هو ما يسمى بعمر النصف. وهو ثابت بمعنى النصف ميكروجرام يتحلل الي ربع ميكروجرام في نفس مقدار الزمن الذي هو عمر النصف وهكذا.

العناصر سريعة التحلل التي هي دقائق أو أيام أو شهور أو حتى بضعة سنين سهل بقياس معدل تحلله بعينة حقيقية تقاس في البداية ثم تقاس في فترات محددة ويعرف بناء عليه عمر النصف. أما التي هي ألاف وملايين وبلايين السنين هذا غير متاح وهو امر لا يقاس لان الانسان لم يكن موجود لا من 4 بليون سنة ولا حتى من 6000 سنة. 

مقياس العناصر المشعة بطيئة التحلل يتغير بتغيير ثابت التحلل الذي يتغير بتغير نصف العمر نصف عمر العناصر المشعة تحديده لا يعتمد على قياس تحلله لأنه غير متاح ولكن على ملاحظة كمية ذرات العنصر المشع الذي يسمى الام وكمية ذرات ناتج التحلل التي تسمى البنت في الصخور المعروف عمرها بفرضية اعمار الطبقات. مثل شرح كثير من المراجع.

Radiometric dating (often called radioactive dating) is a technique used to date materials such as rocks, usually based on a comparison between the observed abundance of a naturally occurring radioactive isotope and its decay products, using known rocks age

IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book") (1997). Online corrected version:  (2006)

ولو لم يكونوا حددوا اعمار الطبقات بهذا القدم لما كانوا استطاعوا ان يحددوا بناء عليه المقياس الاشعاعي. هذا ليس كلامي بل شهادات علماء التطور والجيولوجيا انفسهم

“Radiometric dating would not have been feasible if the geologic column had not been erected first.”

 O’Rourke, J.E., “Pragmatism versus Materialism in Stratigraphy.”  American Journal of Science, vol. 276, (January 1976).  P. 54.

 فالمقياس الاشعاعي اخترع اصلا معتمدا على عمر الطبقات السابق له ليستخدم لتحديد عمر الطبقات التي في الاصل نصف عمره تم تحديده بناء عليها. 

فهو باختصار العنصر المشع او العنصر الام الذي به طاقة زائدة يتجه الي الاستقرار عن طريق ان يطلق هذه الطاقة في شكل جسيم الفا او بيتا او جاما ويتحول بمرور الزمن في خطوة او عدة خطوات الي عنصر غير مشع واكثر استقرار وهي العنصر البنت مثل الرصاص او الارجون أو النيتروجين أو غيره حسب العنصر المشع. 

فاليورانيوم في عدة خطوات (تقريبا 14 خطوة) يتحول الي رصاص وعندما يطلق جسيم الفا هذا يتحول الي هيليم واليورانيوم في رحلته يكون 8 هيليوم و1 رصاص. الرصاص والهيليم يتجمع في الصخور وبخاصة الكرستلات فيقيسوا نسبة العنصر الام الي الهيليوم أو الي الرصاص او الي غيره من العناصر البنات المستقرة. ومن هذه النسبة يعرف العمر. وهو يحسب سواء بنصف العمر او بثابت التحلل.

بمعادلة عمر النصف 

N(t) = N_0 \left(\frac {1}{2}\right)^{t/t_{1/2}}

تركيز المادة المتبقية N(t)= تركيز المادة في البداية No في نصف مرفوع لاس الزمن t على عمر النصف 

يقاس الكم الحالي للعنصر الام وهذا امر مقاس دقيق بأجهزة حديثة دقيقة مسل مقياس الكتلة الطيفي وغيره. ولكن يفترض الكم الأصلي للعنصر الام من جمع كم العنصر الام المتبقي الان + كم عناصر البنات المتبقي الان

وعمر النصف معروف ومن هذا نحصل على الزمن. 

او بمعادلة ثابت التحلل (الصورة العكسية لعمر النصف)

معادلة حساب العمر هي 

 t = \frac{1}{\lambda} {\times} {\ln \left(1+\frac{D}{P}\right)}

t= عمر المادة

D= تركيز نظائر البنت

P= تركيز نظائر الأم

λ = ثابت التحلل لنظير الأم

ln= اللوغاريثم الطبيعي

ثابت التحلل λ هو ذلك الجزء من ذرات عنصر الأم التي تتحلل في وحدة الزمن ويتناسب عكسيا مع عمر النصف وهو يساوي الثابت اللوغاريتمي 0.693 على عمر النصف

 {\lambda} = \frac{\ln (2)}{t_{1/2}}

وفيها

 عمر النصف لعنصر الأم.

(او بطريقة اخري D = D0 + N(t) (eλt  1))

فالثابت سواء معدل التحلل أو عمر النصف هو في الحقيقة مفترض من البداية وتم عن طريق احضار عينة من الصخور المفترض عمرها بناء على فرضياتهم عن أعمار الطبقات. بمعنى صخرة من طبقة كامبريان عمرها مفترض أنه 550 مليون سنة حسب فرضية التطور وفرضية اعمار الطبقات ويقيسوا فيها تركيز العصر الام المتبقي ويقيسوا فيها تركيز عمر البنات الذي يضيفونه على تركيز الام المتبقي فيعطينا فرضا تركيز الام في البداية لان الام تحول الي بنات وايضا عندنا الوقت وهو 550 مليون سنة وبهذا نستطيع ان نحصل على عمر النصف للعنصر (والثابت ايضا) من خلال المعادلة التي عرضتها سابقا

N(t) = N_0 \left(\frac {1}{2}\right)^{t/t_{1/2}}

فمثال توضيحي صخرة منذ 500 مليون سنة وجدوا فيها عنصر مشع تركيزه نصف ميكروجرام وتركيز رصاص نصف ميكروجرام فيحسبون تركيز العنصر المشع 1 ميكروجرام إذا عبر عليها نصف عمر فيكون نصف العمر هو 500 مليون سنة 

تخيل معي لو عمر الصخرة المستخدمة لتحديد عمر النصف للعنصر المشع هو ليس 500 مليون سنة ولكن 5000 سنة اي الفرق هو 1\100,000 اي لو وجدت ان 50% من العنصر المشع تحلل فعمر النصف لهذا العنصر يكون لا يكون 500,000,000 بل يكون 5000 فقط 

البعض سيقول لماذا لا نضعه في المعمل ونختبر معدل تناقصه. الحقيقة هذا لا يحدث بل هو أصلا غير مسموح به بالاضافة الي انه لو لوضع في المعمل لمدة 10 سنوات ليختبر فانه سيتحلل بمقدار 1\500 وهذه نسبه صعب قياسها ونسبة الخطأ فيها مرتفعة جدا جدا فوق أن تقبل. فنحن نتكلم عن معدل تحلل ذرة واحدة نسبتها لبقية الذرات لا تذكر.  

فارجوا أن نتذكر جيدا أن عمر النصف لعنصر الام هذا حدد اصلا في البداية بناء على عمر الطبقات المفترض واي تغيير في عمر الطبقات يغير عمر النصف للعناصر المشعة. 

ايضا ارجوا أن ننتبه في قياس العمر بالعناصر المشعة لا يكفي عمر النصف فقط ولا كم المتبقي من العنصر الام فقط ولكن يجب أن يأخذ معها تركيز عناصر البنت لنحصل على كم العنصر الام في البداية وفي هذه الحالة يجب علينا أن نفرض مسبقا قيمة نسبة تركيز عناصر البنت إلى تركيز عناصر الأم في البداية ودائما يفترض أن العناصر البنات البداية هي صفر والعنصر الام 100 %. (يوجد بعض الاستثناءات فيوجد فرضيات اخرى في حالات خاصة)

فالملاحظ ان في هذا يوجد عدة فرضيات في البداية اولا نصف عمر العنصر الام اصلا افتراضي بناء على عمر طبقات الصخور الافتراضي وتركيز عنصر البنات في البداية افتراضي أنه صفر لأنه يعتمد على افتراضيات كل مرة لتركيز العناصر البنت. وافتراض أن العنصر الام في البداية هو 100%

فاهم شيء وهي أول نقطة وهي عمر النصف

هو كما قلت معتمد في تحديده أصلا على فرضية عمر الطبقات ولهذا مقياس العناصر المشعة يعتمد في الاصل على عمر الطبقات ثم يستخدم بعدها في تحديد عمر الطبقات وهذا دليل دائري

"Structure, metamorphism, sedimentary reworking and other complications have to be considered. Radiometric dating would not have been feasible if the geologic column had not been erected first. — The axiom that no process can measure itself means that there is no absolute time, but this relic of the traditional mechanics persists in the common distinction between 'relative' and 'absolute' age."

Ibid, p. 54

أذا لو عمر طبقات الأرض خطأ يكون مقياس العناصر المشعة كله خطأ ولا يعتد به 

العناصر المشعة الباقية عندما كانت تكتشف كان يحدد عمرها بناء على نقطتين الأول بنفس طريقة اليورانيوم وهو استخدام كميتها في الصخور المفترض عمرها والثاني هو مقارنة تركيزها بتركيز اليورانيوم وبناء عليه وضع مقياسها وأصبح بعد هذا عندما يستخدم الصخرة بمقياس عدة عناصر مشعة تعطي كلها نفس النتيجة رغم أنهم مبنيين على بعض أصلا وكللاهم مبنيين على فرضية عمر الصخور أصلا

 

ثانيا العناصر المشعة الام والبنت

http://www.desertusa.com/mag03/Jan/photos/dating.gif

أولا مقياس يسمى يورانيوم ثوريوم رصاص 

Uranium-thorium-lead dating

وهو يورانيم 238 وهو من العناصر المشعة الغير ثابتة تتحل الي ثوريم 234 وهو يسمى العنصر الابنة لليورانيوم. والثوريم ايضا هو مشع وغير ثابت فهو بدوره يتحلل الي بروتاكتينيم .

وبروتاكتينيم يعتبر ابنة لثوريم وايضا هو غير ثابت وهو مشع فيتحلل الي نوع اخر من اليوريانيوم الذي يتحول بدوره الي نوع اخر من الثوريم والي راديوم وهكذا سلسلة تحللات حتي يصل في النهاية الي الرصاص الذي لا يتحلل وهو ثابت. بعد 14 خطوة كما في الشكل التالي

http://cnx.org/content/m31328/latest/graphics19.jpg

ويستخدم غالبا يورانيوم 238 الي رصاص 206 الذي عمر النصف 4.468 بليون سنة كمقياس مع ملاحظة أن بعض الاعمار محسوبة بدقة لانها مقاسة واعمار مفترضة من عمر طبقات الأرض 

http://pubs.usgs.gov/of/2004/1050/U-238-Decay-Chain.gif

يقاس فيها من البداية أي يورانيوم 238 الي رصاص 206 او قد يقاس مراحل وسيطة مثل يورانيوم 234 الي رصاص 206 وغيره.

المصدر اليورانيوم مفترض انه بدأ من انفجار النجوم مثل السوبر نوفا من نجوم الجيل الأول غالبا منذ 6 بليون سنة وعندما تجمعت بعض صخور الأرض المفروض أن هذه الصخور لم يكن فيها رصاص بل بدأت يورانيوم فقط الذي كان به طاقة عالية جدا والأرض في بدايتها كان تركيز اليورانيوم 238 كان 99.3% الي تركيز يورانيوم 235 كان 0.7% فقط فعندما احلل صخرة افترض انها بدأت صفر رصاص.

وهذه فرضية أصلا لا يوجد عليها دليل بل اعتقد أي انسان عاقل يدرك أن هذا خطأ وغير علمي فلماذا لا يوجد رصاص ولكن يوجد حديد ونحاس وغيره من بقية عناصر الجدول الدوري؟ 

وأيضا مقياس مشابه وهو يورانيوم 235 الي رصاص 207 بنصف عمر 703 مليون سنة 

ومقياس اخر وهو ثوريوم 232 الي رصاص 208 كمقياس بنصف عمر 14.1 بليون سنة ولكن غالبا عند التكلم عن اليورانيوم فهو يشمل الاول. 

 

مقياس ثاني وهو روبيديوم سترونشيوم وكثير من علماء التطور يعتبروه دقيق جدا. 

Rubidium-strontium dating

فالروبيديوم 87 يتحلل الي الاسترانشيوم 87 في ما يدعوا انه 48.8 بليون سنة 

 87Rb decays to 87Sr with a half-life of 48.8 billion years.

http://www.colorado.edu/geolsci/Resources/WUSTectonics/CzIgnimbrite/INVESTIGATION/SECTION_3/fig5.JPG

 

المقياس الثالث وهو ما يسمى بتاسيوم ارجون 

Potassium-argon dating

البتاسيم 40 يتحلل باطلاق غاز ارجون ويبدأ من وقت خروجه في حمم بركانية 

http://www.fas.org/irp/imint/docs/rst/Sect2/K-Adecay.jpg

http://www.creation-science-prophecy.com/Ar40accumulates.gif

وأحيانا يستخدم بوتاسيوم كالسيوم فقط 

هذا المقياس عند اكتشافه اعتبروه صيحة جديدة وعهد جديد في المقياس الاشعاعي لان عند انفجار بركان وخروج حمم يكون هذا لحظة الصفر لان يكون كل الارجون هرب بسبب الحرارة ويكون بوتاسيوم 40 تركيزه 100% 

وغيرها من القياسات اقل شهرة مثل 

رصاص 210 وأيضا نظائر الهيليوم المشعة وغيرهم......

 

ومقياس تحلل كل عنصر منهم يحسب في المعمل وبناء على تحليل احجار نسبة العنصر الام الي نسبة العنصر الناتج منه (الابنة) سواء مباشرة او في سلسلة خطوات حتى يصل الي عنصر خامل لا يتحلل وليس له نشاط اشعاعي 

يعرف عمر الذي استلزم التحلل نسبة من الام الي الابنة مقارنة بعمر النصف ومنه يحسب عمر الصخور التي تحتوي على هذه النسبة.

كلما ازداد كم العناصر الابنة يكون الوقت أطول بمعني انه كلما اذداد الرصاص كلما توقعنا عمر أكبر لهذه العينة لان هذا يعني ان يورانيوم فقدت اشعاع كثير استغرق فتره زمنية أكثر ليعطينا رصاص أكثر 

للتوضيح اشبه الامر بساعة رملية

http://us.123rf.com/400wm/400/400/carenas1/carenas10805/carenas1080500001/2996537-there-is-old-sand-clock-with-wooden-case.jpg

هذه الساعة الرملية لتحديد الوقت بكمية الرمل التي تسقط من اعلى الي أسفل بطريقة شبه منتظمة خلال الانبوبة الضيقة التي في المنتصف وهي يجب ان تعبر فيها كل الرمال الام من اعلى الي أسفل الرمال الابنة في ساعة فعمر النصف هو نصف ساعة. فعندما انظر اليها وارى كمية الرمال الاعلى ثلاث اربع واسفل الربع يكون عبر ربع ساعة ولو كان النصف اعلى والنصف اسفل يكون عبر نصف ساعة وعندما يكون الربع اعلى وثلاث اربع اسفل يكون عبر ثلاث اربع ساعة. نشبهها بالعناصر المشعة 

ولكن مثل هذه الساعة الرملية هذا يتم ويعطي وقت صحيح لو توافرت عدة شروط وهي انه أولا ساعة من رمل في زجاج أي يورانيوم في صخر ويجب ألا يأتي أحد ويضيق او يوسع الانبوب الذي في الوسط لانه لو ضيقه سيجعل الوقت يزيد ولو وسعه سيجعل الوقت يقل. بمعنى أنه لو هناك عامل يزيد او يقلل من معدل تحلل اليورانيوم يكون غير دقيق. فكلما يتم تضييق الوسط كلما تزيد العمر. فبدل من ان يعبر في ساعة يعبر في 10 او 100 ساعة او أكثر او لا يعبر أصلا. 

وايضا شرط انه لا يضيف أحد من اعلي رمال لانه بهذا سيجعل الوقت ايضا يزداد ولا ينزع أحد أيضا رمل من أعلى لأنه سيخل المعدل.

وايضا لا يأخذ رمل من أسفل لأنه ايضا سيجعل الوقت يزداد لو كنت احسب بطريقة النسبة للمتبقي بمعني لو عبر نصف الرمل في نصف ساعة وتساوي الجزئيين اعرف ان الوقت المتبقي نصف ساعة ولكن لو اخذت ثلاث أربع الذي عبر وازلته لو حسبت ان الذي عبر هو نصف ساعة هو ربع الكمية التي تعبر سأقول ان معدل الباقي هو ساعتين رغم انه سيستغرق نصف ساعة فقط. وأيضا لا يضيف أحد رمل أسفل لأني بهذا سأفترض أنه عبر وقت طويل رغم أنه خطأ.

 فلو اضيف يورانيوم لسبب ما أو حذف وأيضت لو أضيف أو ازيل رصاص لسبب ما او لو غيرت معدل التحلل كل هذا يؤثر على مقياس الوقت. وفي الجزء التالي سندرس عشر فرضيات أي منهم يؤكد أن المقياس الاشعاعي خطا لا يعتد به.

 

والمجد لله دائما