Jeoloji

Radyometrik Tarihleme İle Dünyanın Yaşını Nasıl Biliyoruz?

Zaman zaman bazı kişilerin aklını karıştıran bir soru vardır. Biz insanlar antik göktaşlarının oluşumu veya Dünya’nın jeolojik faaliyetinin ilk çağı gibi dönemlerde etrafta olmamamıza rağmen kayaçların ve göktaşlarının yaşını hesaplayabiliyoruz. Aynı biçimde Dünya’mızın yaşını da söyleyebiliyoruz. Ama nasıl? Bunun cevabı kullandığımız özel bir kronometre daha doğrusu radyometrik tarihleme ya da radyoaktif tarihleme adı verilen bir hesaplama tekniği. Bu sayede bilim insanları belirli atom türlerinin göreceli miktarlarını dikkate değer ölçüde kesin yaşları oluşturmak ve Dünya’nın evriminin hikayesini anlatmak için kullanabiliyor.

Radyometrik Tarihleme Nedir?

Belirli bir elementin atomu yalnızca sabit sayıda protona sahip olabilir. Örneğin karbon her zaman tam olarak altı protona sahiptir. Bununla birlikte, bir elementi oluşturan nötronların sayısı sabit değildir. Bir elementin farklı sayıda nötron içeren versiyonlarına izotop denir. Bir elementin bazı izotopları kararlıdır, ancak diğerleri radyoaktiftir. Bu da zamanla dengesizleşecekleri ve diğer elementlere dönüşecekleri, süreçte parçacıklar ve enerji yayacakları anlamına gelir.

Bu radyoaktif bozunma süreci, atom çekirdeklerinde saklanan gizli bir saat gibidir. Bilim insanları tek bir kararsız çekirdeğin ne zaman bozulacağını asla tahmin edemezler. ( Bu işin doğası gereği rastgele bir kuantum sürecidir). Ancak büyük bir kesinlik ile kararsız çekirdek koleksiyonlarının nasıl davranacağını tahmin edebilirler. Her kararsız izotop, yarı ömür Th adı verilen kendine özgü bir zaman ölçeğine sahiptir. Bu izotopun toplam çekirdek sayısı, yarı ömür boyunca yarı yarıya düşecektir.

Yarı ömürleri bilinen radyoaktif elementlerin tahmin edilebilir ortalama bozunma süreleri, Dünya’nın ve Ay’ın yaşını belirlemek için doğru bir yol sağlar. Görsel Kaynak: https://www.env.go.jp/en/

Doğada birçok izotop kararsız biçimdedir. Hepsinin de farklı yarı ömürleri vardır. Örneğin Uranyum-238 (92 proton + 146 nötron), 4,5 milyar yıllık bir yarı ömre sahiptir. Yani başlangıçta elimizde 1000 uranyum çekirdeği olursa 4,5 milyar yıl sonra geriye sadece 500 tane çekirdek kalır. Ayrıca uranyum-238, kurşun-206 çekirdeğine (82 proton + 124 nötron) bozunur. Bu durumda başlangıçta hiç kurşun-206 olmasa bile 4,5 milyar yıl sonra 500 kurşun-206 çekirdeğinin ortaya çıkması gerekir. Bu sayede, bilim insanları bir nesnedeki mevcut izotopların oranını bilirlerse, bunu onun yaşını belirlemek için kullanabilirler. Örnek verdiğimiz Uranyum-kurşun dönüşümü bilinen en eski radyoaktif dönüşümlerden biridir.

Dünya Kaç Yaşında?

1896’da radyoaktivite keşfedildikten kısa bir süre sonra, bilim insanları bir kayanın içindeki uranyumun ne kadarının kurşuna dönüşmüş olduğunu ölçerek ne kadar eski olduğunu anlayabileceklerini fark ettiler. 1913’te jeolog Arthur Holmes, radyometrik tarihlemeyi kullanarak gezegeni tarihlendirmek için ilk girişimde bulunan kişi oldu. Kendisi hesaplamaları sonucunda da Dünya’mızın kabaca 1,6 milyar yaşında olduğunu ortaya çıkardı. 1940’lara gelindiğinde de Dünya’mızın yaşı yaklaşık 4,5 milyar olarak revize edildi.

Modern jeologlar, volkanik püskürmelerde oluşan ve milyarlarca yıl hayatta kalmaya yetecek kadar dayanıklı olan zirkon adı verilen mineralleri tarihlemede kullanmaktadırlar. Zirkonlar silika, oksijen ve zirkonyum elementinden oluşur. Ayrıca kristallerin yapısı nedeniyle asla kurşun içermez. Bu, da onları neredeyse mükemmel saatler durumuna getirir. Ölçümlemeyi yapmak için bilim insanları, kütle spektrometresi adı verilen bir teknik kullanırlar. Bu süreç sayesinde, atomları kütle ve yüke göre sınıflandırabilirler. Böylece belirli izotopların imzalarını tespit edebilirler.

Dünya’nın Yaşını Hesaplamak İçin Dünya Dışı Süreçleri Dikkate Almak Zorundayız

Ancak en eski zirkonlar bile Dünya’nın kendisi kadar eski değildir. Gezegenimizin kökeni hakkında gerçekten kesin bir tarih elde etmek için bilim insanlarının bunun ötesine bakması gerekir. Meteorlar onlara tam olarak ihtiyaç duydukları şeyi sunar. Göktaşlarının geldiği asteroitler, güneş sistemindeki en ilkel nesnelerden bazılarıdır. Gezegenimizle ve güneş sistemimizdeki diğer her şeyle aynı zamanda oluşmuşlar ancak Dünyayı şekillendiren tektonik süreçler tarafından değiştirilmemişlerdir. Bu nedenle bizim açımızdan bir zaman kapsülü işlevine sahiptirler.

Arizona’daki Diablo Kanyonu’na 50.000 yıl önce düşmüş göktaşı. Kaynak: https://tr.wikipedia.org/

Gezegenin yaşına ilişkin ilk gerçek kesin tahminimiz, 1891’de bulunan Arizona’daki Diablo Kanyonu’na düşmüş dev bir demir kaya olan göktaşının radyometrik analizinden elde edildi. California Institute of Technology’den jeokimyager Clair Cameron Patterson, meteordan alınan kurşun izotoplarını inceledi ve Dünya’nın yaşının 4.53 milyar ile 4.58 milyar arasına olduğunu saptadı. Taşları ve çevre etmenleri de inceleyen bilim insanları, sonunda Dünya’nın yaşını 4.54 milyar yıl (+/- 70 milyon yıl) olarak belirlediler.

Kaynaklar:

Matematiksel