نبذة تعريفية عن عملية “تقدير عُمر الصخور”

1998 الموسوعة الجيولوجية الجزء الثاني

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

عملية تقدير عمر الصخور الصخور علوم الأرض والجيولوجيا

المقصود من تقدير العمر هو تحديد زمن تكون صخور القشرة الأرضية، وقد أصبح تقدير أعمار الصخور المطلق ممكناً بعد اكتشاف ظاهرة النشاط الإشعاعي.

وقبل ذلك كانت طرق علمي الاستراتجرافيا والحفريات هي الوسائل المتاحة لتحديد أزمنة نشأة تكاوين الصخور.

وهي ما زالت رغم أنها تعطي أعماراً جيولوجية نسبية ذات فائدة عظيمة في ترسيخ تتابع الأحداث الجيولوجية، وتحديد التتابعات الطباقية ووصلها في ترتيب تتابعي يمثل مقياس أو سلم الزمن الجيولوجي.

 

النظرية:

جميع الطرق الحديثة لتحديد الأعمار بالنظائر تعتمد على الأسس التالية. إن متوسط معدل انحلال عدد كبير من نوع معين من الذرات المشعة ثابت بغض النظر عن مصدر أو عمر المواد المشعة، فكلها تنحل حسب نفس القانون الرياضي:

حيث N عدد الذرات التي لم تنحل و dN عدد الذرات التي انحلت في فترة زمنية dt  و   مقدار ثابت بالنسبة لمادة معينة ويسمى ثابت الانحلال.

 

ويمكن قياس هذا المعدل بدقة في المعمل وذلك بتقدير عدد الذرات التي اضمحلت في وحدة الزمن بالنسبة للعدد الكلي للذرات.

ويجدر الإشارة إلى أن هذا المعدل لا يتغير تحت أي ظروف فيزيائية أو كيميائية يحتمل أن تكون قد تعرضت لها صخور القشرة منذ نشأتها.

 

وفي أبسط الحالات إذا افترضنا معدنا يتبلور من مصهور سليكاتي في أثناء تكون صخر ناري يحوي A من ذرات نتوج مشعة و B من ذرات وليدة غير مستقرة.

فإنه من الواضح أنه كلما تأخر زمن القياس عن وقت التبلور ازدادت النسبة  ، انظر شكل (1) ويمكن حساب العلاقة الزمنية بالمعادلة (1).

حيث T العمر (ويحسب بملايين السنين).

ويمكن كذلك حساب معدل الانحلال الإشعاعي بواسطة عمر النصف الزمني للنظائر، بمعنى الزمن الذي تستغرقه نصف عدد الذرات في الانحلال. وعلاقة عمر النصف  بثابت الانحلال تكون على النحو التالي:

 

وللأغراض العملية فإن عمر النصف لنظير مشع يجب أن يكون بنفس قيمة الفترة الزمنية التي ستقاس.

ولذلك تختار النظائر المستعملة في قياس الأزمنة الجيولوجية بحيث يتراوح عمر النصف لها بين آلاف السنين (لدراسة الأحداث الجيولوجية الحديثة والتي لها علاقة بعلم الآثار) ومئات الملايين من السنين (لدراسة الصخور القديمة وعمر الأرض).

ولنفترض أنه قد تم فصل كمي لذرات نتوج A متبقية وذرات وليدة B تراكمت منذ وقت تكون معدن وبقى المعدن نظاماً كيماوياً مغلقاً طوال تاريخه، فإنه يمكن تحديد عمره المطلق ويعتمد ذلك على مدى الدقة في التحليل الكيماوي وتحليل النظائر لكل من A، B وكذا في تحديد عمر النصف له.

وفي أنسب الظروف فإن تقدير الأعمار يمكن تحديده كذلك لصخور قد تصل أعمارها إلى آلاف الملايين من السنين.

 

وتمثل الفترة ما بين 1900 و 1938 المرحلة الأولى لتقدير الأعمار المطلقة المبنية على ظاهرة النشاط الإشعاعي.

وقد اقتصرت القياسات في هذه الفترة على نسب الرصاص – يوارنيوم في معادن اليورانيوم ونسب الهيليوم – يورانيوم في تنوع من معادن وصخور أخرى.

ويرجع الفضل لهذا العمل الرائد في ترسيخ مفهوم قدر مقياس الزمن الجيولوجي وتحديد أول أعمار لعديد من الأقاليم الجيولوجية.

 

وقد عانت هذه الأعمال الرائدة من كثير من المشاكل منها أن طرق التحليل المتاحة في هذا الوقت كانت بدائية، ونقص المعرفة في الظواهر النووية المستغلة في العمل وغياب معايير يمكن الاعتماد عليها لتعريف التغييرات الكيميائية أو اندماج النواتج الوليدة من متوالية النظائر منذ وقت تكون المعدن.

وقد بدأ العلم العصـري "قياس الزمن الجيولوجي بالنظائر" (isotope geochronometry) حين تمكن أ. أو. نير (A. O. Nier) وزملاؤه سنة 1939 من أول تقدير شامل ومحكم لنظائر الرصاص في معدن اليورانيوم والرصاص.

ومع تطور أجهزة قياس وخطورات تحليل كميات شحيحة من المواد بطريقة محلول النظائر المخفف (isotope dilution method)، وكذلك القياس الدقيق لتركيب النظائر، أمكن اكتشاف وتطبيق عدد من مقاييس الزمن بالنظائر، أمكن اكتشاف وتطبيق عدد من مقاييس الزمن بالنظائر بخلاف نظام اليورانيوم – رصاص.

 

ومع إمكانية الحصول على تقدير أعمار مستقل لأطوار معادن مختلفة استخلصت معايير لإثبات النظام الكيميائي المغلق ورصد التلوث أو الاختلاط. بالإضافة لذلك، فقد أمكن الحصول على معلومات جيوكيماوية قيمة عن أنظمة المعادن المفتوحة جزئياً.

ويبين الجدول (1) ملخصاً لأهم الطرق المستعملة في تقديرات الأعمار.

وقد أظهرت طرق اليورانيوم – رصاص (U – Pb)، وروبيديوم – سترونشيوم (Rb – Sr) وبوتاسيوم – ارجون (K – Ar) وكربون – 14 (C¹⁴) نتائج يمكن الاعتماد عليها باستعمال عينات مناسبة.

وقد أمكن بهذه الطرق ليس فقد بناء التاريخ الجيولوجي بأعمار مطلقة لعديد من مناطق العالم ولكن أيضاً تأريخ مقياس الزمن الجيولوجي بالسنوات. انظر الجدولين (2)، (3).

 

ويتضح كذلك إمكانية تغطية كل تاريخ الأرض بهذه الطرق، إلا أن الأخطاء التحليلية تكون كبيرة في طريقة K – Ar عند استخدامها لتحديد أعمار تقل عن 10 مليون سنة. أما بقية الطرق الأخرى فتحتاج لمزيد من البحوث قبل أن تستغل كمقاييس للزمن.

 

وسنتناول طرق U – Pb و Rb – Sr و K – Ar من التفصيل أما بالنسبة لطرقة C¹⁴ (فانظر التاريخ بالكربون المشع Radio Carbon Dating)

ويوضح جدول (4) أعماراً بالنظائر تمَّ الحصول عليها بالمقاييس الثلاث الأولية المشار إليها لصخور غير متحللة ومختلفة الأعمار وتتفق النتائج الواردة مع تفاوت الدقة في التحاليل وتحديد معدل الانحلال.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]