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 je založena na změně aktivity ^14C 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 Př. 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)