Jak se pozná stáří hornin? (2) Vesmírné hodiny

Stáří hornin dnes umíme určit hned několika na sobě nezávislými metodami. Tomu, že je Země stará 6000 let, proto už věří jen hrstka zaslepených fanatiků. Na jedné metodě datování hornin se podílí i kosmické vlivy. (délka 5 min.)

V minulém blogu jsem popisovala, jak se určuje stáří hornin pomocí krystalků zirkonu. Dnes je na řadě jiná, daleko “vesmírnější” metoda. Dnes popisovaný druh geologických hodin funguje díky … kosmickému záření.

Geologické hodiny, které “natahuje” kosmické záření

Kosmické záření se skládá mimo jiné i z nepatrných částic s hodně vysokou energií. Je tak vysoká, že takové částice pronikají bez problémů naší atmosférou až na povrch Země.

V horninách se vlivem kosmických částic vytvářejí exotické izotopy stopových prvků, například berylium-10, neon-21 nebo helium-3. Těmto specifickým izotopům se pak odborně říkákosmogenní.

Kosmogenní izotopy

V jednom gramu horniny, která byla 10 000 let vystavena běžnému kosmickému záření, se nalézá kolem 100 000 (tj. 10^5) atomů berylia-10.

To není moc vysoká koncentrace. Připomeňme si, že v jednom molu látky se nachází zhruba 6,022 x10 ^23 atomů.

Mol je jednotka, kterou se dá popsat množství látky. Hmotnost jednoho molu odpovídá součtu atomových hmotností jejích komponent. Pro křemenný písek s chemickým vzorcem SiO2 je to tedy 28+16+16=60 g. Jeden mol vody (H2O) oproti tomu váží 1+1+16=18 g.

Rozdíl mezi koncentrací atomů samotné horniny a nově vzniklého kosmogenního izotopu je tedy obrovský - kolem 18 řádů.

Je jen logické, že průzkum tak nízkých koncentrací vzácných prvků se musí svěřit speciální metodě. Vzorky se zkoumají pomocíAMS(AMS - Accelerator Mass Spectrometry) hmotnostní spektrometrie kombinované s urychlovačem částic.

Tikot geologických hodin

Procesy, které mají v horninách za následek vznik už zmiňovaných specifických izotopů, jsou dnes dobře známé. Také množství těchto izotopů je dobře předvídatelné. Jejich koncentrace ve zkoumaném vzorku je tedy ideálním “tikotem” geologických hodin.

Kosmogenní izotopy se v hornině začínají tvořit až tehdy, když se materiál nachází v povrchové vrstvě, která je bombardována částicemi kosmického záření. Může se přitom například jednat o čerstvou lávu, která se při explozi vulkánu dostala na zemský povrch, nebo také horninu, která se ocitla na povrchu díky tomu, že roztál ledovec, který ji v minulosti zakrýval.

Izotopy se tvoří jen v několika nejvrchnějších metrech horniny. Čím déle se vzorek v této vrstvě nacházel, tím větší koncentraci izotopů v něm můžeme najít. Toho se využívá k datování vzorků.

K čemu všemu je to vlastně dobré?

Kromě celkovéhostáří horninse touto metodou dá zjistit takérychlost jejich eroze. Čím rychleji probíhá, tím méně kosmogenních izotopů se nachází ve zkoumaném vzorku.

Touto metodou se dají zkoumat takésedimenty.Jsou to materiály, které byly odneseny z místa svého vzniku řekami nebo větrem. Sedimenty se shromažďují v prohlubních nebo údolích. Vykazují přitom podobnou souvislost. U hornin s rychlou erozí je koncentrace izotopů v sedimentovém vzorku menší než u hornin, jejichž eroze probíhá pomaleji.

Malý výlet do světa tikajících hodin tímto blogem nekončí. V tom příštím bude popsán způsob, jakým se určuje stáří organických sloučenin - metoda, využívající měření koncentrací určitého izotopu uhlíku, C14. I ona vylučuje, že by mohla být Země stará pouhých 6000 let - jak to tvrdí různé náboženské sekty. Ale o tom až příště…