طريقة تحديد العمر المطلق للصخور

كتابة: alaa saad آخر تحديث: 12 يونيو 2021 , 10:38

العمر المطلق

العمر المطلق هو مفهوم جيولوجي فيزيائي لتحديد عمر بعض المعادن والصخور بدقة، حيث يمكن تحديد ذلك من خلال طرق تعتمد على التجزئة الذرية للعناصر المشعة، حينما اكتشف العالم الفرنسي هنري بيكوريل أنّ اليورانيوم عنصر لديه القدرة على الإشعاع التلقائي، كما أن الإشعاع المنبعث من هذا العنصر يحرق أفلامًا فوتوغرافية ويؤين الغازات، وتتسبب هذه الإشعاعات أيضًا في توهج بعض المركبات الكيميائية في الظلام، مثل كبريتيد الزنك.

كما ينتج الإشعاع الذري لعنصر معين عن عدم استقرار التركيب النووي لواحد أو أكثر من نظائره، وتتمثل أنواع الإشعاع الذري فيما يلي:

  • الإشعاع بانبعاث أشعة جاما، حيث يتحرك العنصر نتيجة الإشعاع من حالة الطاقة العالية إلى حالة الطاقة المنخفضة، دون أي تغيير في الكتلة أو العدد الذري للعناصر، فأشعة جاما المنبعثة من هذا الإشعاع الذري هي موجات كهرومغناطيسية أطوالها أقصر من الأشعة السينية، لذلك فإن أشعة جاما لديها القدرة على اختراق الأجسام الصلبة بشكل أكبر بكثير من القدرة على اختراق الأشعة السينية.
  • الإشعاع بانبعاث جسيمات ألفا، تعتبر جزيئات ألفا هي نوى عنصر الهيليوم، وتتكون كل نواة من هذه النوى من بروتينات ونيوترونات، وفي هذا النوع من الإشعاع ينخفض ​​العدد الذري للعنصر المشع برقمين ويتناقص العدد الذري للعنصر المشع، وكذلك تنخفض الكتلة بقدار أربعة أرقام، فاليورانيوم 238 له العدد الذري 92 يتم تحويله إلى الثوريوم 234 برقم ذري 90، ويحدث التحلل الذري عادةً عن طريق انبعاث أشعة ألفا في حالة النوى الكبيرة جدًا غير المستقرة بسبب الحجم الكبير والكتلة.
  • الإشعاع عن طريق انبعاث جسيمات بيتا، فجزيئات بيتا هي إلكترونات محاصرة في نوى بعض العناصر وتوجد في النيوترونات التي يمكن تحويلها إلى بروتونات ذات شحنة موجبة نتيجة لهذا النوع من الإشعاع، فالروبيديوم 87 العدد الذري 37 إلى السترونشيوم 87 العدد الذري 38 بفقدان جسيمات بيتا.

من خلال الحصول على إلكترون يمكن للبروتون أن يجعل إلكترونًا يتحول إلى نيوترون، وفي هذه الحالة ينخفض ​​العدد الذري بواحد دون تغيير رقم كتلته، ويتم تحويل البوتاسيوم م 40، العدد الذري 19 إلى العدد الذري 18 من الأرجون 40 عندما تتلقى نواة البوتاسيوم إلكترونًا، حيث تتطلب بعض النظائر أحيانًا عدة مراحل من الاضمحلال الذري لتحقيق حالة مستقرة، ويتحلل اليورانيوم 238 ثماني مرات بفقدان جسيمات ألفا وست مرات بفقدان جسيمات بيتا ليصبح الرصاص 206.

لا يتغير معدل اضمحلال النظائر المشعة بغض النظر عن كيفية تغير الظروف الفيزيائية والكيميائية المحيطة بهذه النظائر، وتعتمد كمية النوى التي تتحلل على الكمية الإجمالية للنظائر المشعة في وقت معين.

يعبر العلماء عن معدل تحلل النظائر بمرور الوقت لتقليل أي كمية من المواد المشعة بمقدار النصف، لأن تلك الفترة الزمنية محددة لكل عنصر ولا تعتمد على المقدار الأصلي للعنصر في بداية الاضمحلال، وطريقة تحديد العمر المطلق للصخور، وتُسمى هذه الفترة الزمنية نصف عمر العنصر المشع.

تحديد الجيولوجيين العمر المطلق للصخور

يرتبط مبدأ تحديد العمر المطلق للصخور بدراسة تفاعلات الانحلال النووي للنظائر المشعة المخبأة بين الصخور، وتمتد الجذور التاريخية لدراسة تفاعلات الانحلال النووي إلى اكتشافات العالم الفرنسي هنري بيركل عام 1896 م سلوك نظير اليورانيوم المشع، حيث تمكن من انبعاث أشعة نووية، كما وجد بيكريل تلقائيًا أن هذه الأشعة تدمر الأفلام الفوتوغرافية وتؤين جزيئات الغاز التي تمر عبرها، وتعتبر هذه الظاهرة الطبيعية هي النشاط الإشعاعي لنظير اليورانيوم المشع.

وأفادت الدراسات بوجود نظائر مشعة للعديد من العناصر الموجودة في قاع القشرة الأرضية، ويتم التعريف على نظائر عنصر ما على أنّها ذرات من نفس العنصر متشابهة في العدد الذري وتختلف في العدد الكتلي، أي أنّها تحتوي على نفس عدد البروتونات والإلكترونات وتختلف في عدد النيوترونات الموجودة في النواة من ذرات النظائر، فعلى سبيل المثال: عنصر اليورانيوم الذي يحتوي على عدة نظائر يتميز بتركيبة غير مستقرة، لأنّه يطلق باستمرار دقائق أو ما يسمى بالجسيمات من نواته.

تصاحب تفاعلات الانحلال النووي هذه إطلاق طاقة حرارية هائلة، وتستخدم بعض النظائر المشعة لتوليد الحرارة، لذلك تسمى مولدات أو مصادر للطاقة الذرية أو النووية، بالإضافة إلى الإشعاع النووي المنبعث من النظائر المشعة لعدة أنواع، بما في ذلك أشعة ألفا، وهي نوى ذرات الهيليوم و تحتوي على بروتونات ونيوترونات من التفاعل النووي.

مما يبين أن نواة اليورانيوم فقدت بروتونين واثنين من النيوترونات، زيؤدي ذلك إلى تحولها لذرة جديدة من العنصر والثوريوم، ويحدث مثل هذا التفاعل النووي من خلال إطلاق أشعة ألفا من نوى الذرات الكبيرة، والتي غالبًا ما تكون غير مستقرة، كما أن أشعة “بيتا” تعتبر إلكترونات سالبة الشحنة.

أشعة جاما، وهي تلك التي عندما تنبعث من ذرات نظير مشع لا تؤثر على عدد كتلتها وعددها الذري، وأشعة جاما عبارة عن موجات كهرومغناطيسية وليست دقائق أو جزيئات من المادة، وتتشابه في العديد من الخواص مع الضوء والأشعة السينية لكنها تتميز بقصر طولها الموجي، وهناك بعض النظائر ذات النشاط الإشعاعي يحدث التحلل فيها على عدة مراحل، ويصل في النهاية إلى حالة مستقرة.[1]

طريقة حساب العمر المطلق للصخور

يتم حساب العمر المطلق للصخور من خلال الطرق التالية:

  • تحديد العمر حسب معرفة عمر أحد أنواع الصخور ثم تحديد عمر الصخور الأخرى حسب موقعها في طبقات الصخور، مما يُبيّن ترسب المجموعة الأولى التي تتكون من أربع طبقات في قاع البيئة المائية للترسب، وهذا هو الحدث الجيولوجي الأول.
  • ثم تلا صعود الصهارة البازلتية وقطع المجموعة الأولى وترسيخها على شكل قاطع البازلت في ذلك الوقت، بعدما تعرضت المنطقة لقوى الرفع، مما أدى إلى رفع مجموعة طبقات وجزء من البازلت إلى سطح الأرض، لذلك تأثر السطح الخارجي لجميع الصخور بتآكل العوامل الجوية وأصبح غير متساوٍ.
  • فعلى سبيل المثال، إذا كان عمر القاطع 40 مليون سنة، فإنّ المجموعة الأولى يزيد عمرها عن 40 مليون سنة، بينما المجموعة الثانية أقل من 40 مليون سنة 2، ويمكن معرفة عمر الصخور على مبدأ نصف العمر، أي من خلال معرفة عمر تحلل بعض المعادن والعناصر في الصخر وتحليل الصخر ومعرفة نسب العناصر ونظائرها بحيث يمكن معرفة عمر الصخر.

الفرق بين طريقة العمر النسبي وطريقة العمر المطلق

يتم تحديد الفرق بين طريقة العمر النسبي وطريقة العمر المطلق لقياس عمر الصخور بما يلي:

  • العمر النسبي: يعتمد على تحديد عمر طبقات الصخور بالنسبة لبعضها البعض دون معرفة عمرها الحقيقي، بناءً على مبدأ التراكب الذي طوره جيمس هوتون “1726-1797″، والذي ينص على أنه في أي تسلسل يتم تطبيق الصخور التي لا تتعرض للتشويه عن طريق الانقسام القوي للطبقة الموجودة في الأسفل، حيث تكون أقدم من الطبقة التي فوقها عندما يتم عزلها عن بعضها البعض.
  • العمر المطلق: يعتمد على تحديد العمر الفعلي للطبقات بالسنوات، ففي عام 1910 اقترح العالم فريدريك سودي اسم النظير والذي يعني “نفس مكان التعبير” للذرات التي تختلف في الوزن الذري ولكنها متشابهة في الأعداد الذرية، وبالتالي يمكن تعريف النظائر على أنها ذرات من نفس العنصر الكيميائي لها نفس العدد الذري، ولكنها تختلف في عدد كتلتها.
    ولكن في الحالة المستقرة، يتم التعبير عن ذلك بالنشاط الإشعاعي، فخلال هذه العملية تنبعث أنواع مختلفة من الجسيمات من النواة على شكل طاقة أو إشعاع، وبناءً على ذلك يُطلق على النظير المشع الأصلي اسم النوكليد الأصلي، ويسمى النظير المتكون من الاضمحلال الإشعاعي بالنواة الوليدة.[2]
الوسوم

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق